java內(nèi)存模型二

Java內(nèi)存模型二

volatile寫的內(nèi)存語(yǔ)義：當(dāng)寫一個(gè)volatile變量時(shí)，JMM會(huì)把該線程對(duì)應(yīng)的本地內(nèi)存中的共享變量值刷新到主內(nèi)存。

volatile讀的內(nèi)存語(yǔ)義如下：當(dāng)讀一個(gè)volatile變量時(shí)，JMM會(huì)把該線程對(duì)應(yīng)的本地內(nèi)存置為無(wú)效。線程接下來(lái)將從主內(nèi)存中讀取共享變量。

線程A寫一個(gè)volatile變量，實(shí)質(zhì)上是線程A向接下來(lái)將要讀這個(gè)volatile變量的某個(gè)線程發(fā)出了（其對(duì)共享變量所做修改的）消息。

線程B讀一個(gè)volatile變量，實(shí)質(zhì)上是線程B接收了之前某個(gè)線程發(fā)出的（在寫這個(gè)volatile變量之前對(duì)共享變量所做修改的）消息。

線程A寫一個(gè)volatile變量，隨后線程B讀這個(gè)volatile變量，這個(gè)過程實(shí)質(zhì)上是線程A通過主內(nèi)存向線程B發(fā)送消息。

基于保守策略的JMM內(nèi)存屏障插入策略：

在每個(gè)volatile寫操作的前面插入一個(gè)StoreStore屏障。

在每個(gè)volatile寫操作的后面插入一個(gè)StoreLoad屏障。

在每個(gè)volatile讀操作的后面插入一個(gè)LoadLoad屏障。

在每個(gè)volatile讀操作的后面插入一個(gè)LoadStore屏障。

public class VolatileBarrierExample { int a; volatile int v1 = 1; volatile int v2 = 2; void readAndWrite() { int i = v1; // 第一個(gè)volatile讀 int j = v2; // 第二個(gè)volatile讀 a = i + j; // 普通寫 v1 = i + 1; // 第一個(gè)volatile寫 v2 = j * 2; // 第二個(gè) volatile寫 } }

線程A釋放一個(gè)鎖，實(shí)質(zhì)上是線程A向接下來(lái)將要獲取這個(gè)鎖的某個(gè)線程發(fā)出了（線程A對(duì)共享變量所做修改的）消息。

線程B獲取一個(gè)鎖，實(shí)質(zhì)上是線程B接收了之前某個(gè)線程發(fā)出的（在釋放這個(gè)鎖之前對(duì)共享變量所做修改的）消息。

線程A釋放鎖，隨后線程B獲取這個(gè)鎖，這個(gè)過程實(shí)質(zhì)上是線程A通過主內(nèi)存向線程B發(fā)送消息。

ReentrantLock分為公平鎖和非公平鎖，我們首先分析公平鎖

使用公平鎖時(shí)，加鎖方法lock()調(diào)用軌跡如下。

1）ReentrantLock:lock()。

2）FairSync:lock()。

3）AbstractQueuedSynchronizer:acquire(int arg)。

4）ReentrantLock:tryAcquire(int acquires)。

private volatile int state; protected final boolean tryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (c == 0) { if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) { setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } return false; }

從上面源代碼中我們可以看出，加鎖方法首先讀volatile變量state。

在使用公平鎖時(shí)，解鎖方法unlock()調(diào)用軌跡如下。

1）ReentrantLock:unlock()。

2）AbstractQueuedSynchronizer:release(int arg)。

3）Sync:tryRelease(int releases)。

protected final boolean tryRelease(int releases) { int c = getState() - releases; if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) throw new IllegalMonitorStateException(); boolean free = false; if (c == 0) { free = true; setExclusiveOwnerThread(null); } setState(c); return free; }

從上面的源代碼可以看出，在釋放鎖的最后setState 寫volatile變量state。

公平鎖在釋放鎖的最后寫volatile變量state，在獲取鎖時(shí)首先讀這個(gè)volatile變量。根據(jù)volatile的happens-before規(guī)則，釋放鎖的線程在寫volatile變量之前可見的共享變量，在獲取鎖的線程讀取同一個(gè)volatile變量后將立即變得對(duì)獲取鎖的線程可見。

非公平鎖的釋放和公平鎖完全一樣，所以這里僅僅分析非公平鎖的獲取。使用非公平鎖時(shí)，加鎖方法lock()調(diào)用軌跡如下。

1）ReentrantLock:lock()。

2）NonfairSync:lock()。

3）AbstractQueuedSynchronizer:compareAndSetState(int expect,int update)。

/** * Sync object for non-fair locks */ static final class NonfairSync extends Sync { private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L; /** * Performs lock. Try immediate barge, backing up to normal * acquire on failure. */ final void lock() { if (compareAndSetState(0, 1)) setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); else acquire(1); } protected final boolean tryAcquire(int acquires) { return nonfairTryAcquire(acquires); } }

protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) { // See below for intrinsics setup to support this return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update); }

該方法以原子操作的方式更新state變量，Java的compareAndSet()方法調(diào)用簡(jiǎn)稱為CAS。JDK文檔對(duì)該方法的說(shuō)明如下：如果當(dāng)前狀態(tài)值等于預(yù)期值，則以原子方式將同步狀態(tài)設(shè)置為給定的更新值

cas原理：如果程序是在多處理器上運(yùn)行 就在指令加上lock前綴

lock前綴作用：

1）確保對(duì)內(nèi)存的讀-改-寫操作原子執(zhí)行。在Pentium及Pentium之前的處理器中，帶有l(wèi)ock前綴的指令在執(zhí)行期間會(huì)鎖住總線，使得其他處理器暫時(shí)無(wú)法通過總線訪問內(nèi)存。很顯然，這會(huì)帶來(lái)昂貴的開銷。從Pentium 4、Intel Xeon及P6處理器開始，Intel使用緩存鎖定（Cache Locking）來(lái)保證指令執(zhí)行的原子性。緩存鎖定將大大降低lock前綴指令的執(zhí)行開銷。

2）禁止該指令，與之前和之后的讀和寫指令重排序。

3）把寫緩沖區(qū)中的所有數(shù)據(jù)刷新到內(nèi)存中。

所以CAS同時(shí)具有volatile讀和volatile寫的內(nèi)存語(yǔ)義

總結(jié)：公平鎖和非公平鎖釋放時(shí)，最后都要寫一個(gè)volatile變量state。

公平鎖獲取時(shí)，首先會(huì)去讀volatile變量。

非公平鎖獲取時(shí)，首先會(huì)用CAS更新volatile變量，這個(gè)操作同時(shí)具有volatile讀和volatile寫的內(nèi)存語(yǔ)義。

鎖釋放-獲取的內(nèi)存語(yǔ)義的實(shí)現(xiàn)至少有下面兩種方式：

1）利用volatile變量的寫-讀所具有的內(nèi)存語(yǔ)義。

2）利用CAS所附帶的volatile讀和volatile寫的內(nèi)存語(yǔ)義。

current并發(fā)包

由于Java的CAS同時(shí)具有volatile讀和volatile寫的內(nèi)存語(yǔ)義，因此Java線程之間的通信現(xiàn)

在有了下面4種方式。

1）A線程寫volatile變量，隨后B線程讀這個(gè)volatile變量。

2）A線程寫volatile變量，隨后B線程用CAS更新這個(gè)volatile變量。

3）A線程用CAS更新一個(gè)volatile變量，隨后B線程用CAS更新這個(gè)volatile變量。

4）A線程用CAS更新一個(gè)volatile變量，隨后B線程讀這個(gè)volatile變量。

concurrent包的源代碼通用化的實(shí)現(xiàn)模式：

首先，聲明共享變量為volatile。

然后，使用CAS的原子條件更新來(lái)實(shí)現(xiàn)線程之間的同步。

同時(shí)，配合以volatile的讀/寫和CAS所具有的volatile讀和寫的內(nèi)存語(yǔ)義來(lái)實(shí)現(xiàn)線程之間的

通信。

AQS，非阻塞數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和原子變量類（java.util.concurrent.atomic包中的類），這些concurrent包中的基礎(chǔ)類都是使用這種模式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而concurrent包中的高層類又是依賴于這些基礎(chǔ)類來(lái)實(shí)現(xiàn)的

Java 任務(wù)調(diào)度

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