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Java内存模型的语义-达内培训

发布：达内培训
来源：互联网
时间：2018-07-31 15:49

    前言
    达内培训的老师说，Java内存模型(JMM)给我们介绍了在当代不同的硬件架构情况下,多线程程序需要关注什么问题以及如何利用JMM来正确的处理这些问题.
    多线程带来的问题
    多线程程序主要关注两个问题:
    (1)共享变量可见性问题
    (2)代码重排序一致性问题
    Java内存模型的关键点
    JMM已经保证了as-if-serial原则,也就是Java的程序在单线程情况下,不管JIT做不做重排序,也不管代码指令在几个CPU上执行,看到的最终结果必须和代码顺序执行的结果保持一致.
    但是在多线程的情况下,如何才能正确的处理的变量可见性问题和重排序的一致性问题?
    关键在于理解和运用下面的两块内容:
    (1)happens-before相关
    (2)data race相关
    关于Memory Consistency Errors
    Memory Consistency Errors中文含义是:内存一致性错误,指的的是多线程环境下,对于同一个共享变量的值在不同的线程看到的视图不一致.
    伪代码如下:
    int counter = 0;
    此时A线程正在执行:
    counter++;
    然后过了几秒后,B线程打印这个值:
    System.out.println(counter);
    此时B线程的打印结果很大可能是0,但A线程里面其实这个值已经是1了,这就是典型的内存一致性错误.这情况种只能通过happens-before规则来避免.
    关于happens-before
    happens-before是JMM里面保证在一个线程里面执行的action(读或者写)的结果,可以在随后的其他线程里面立马可见的一系列规则.比如 x happens-before y ,那么不管x和y是不是在同一个线程里面,JMM都会保证对于x的update都会立马里面对y线程可见,也就是x总会先于y执行,前提是两者必须有happens-before关系,否则就会出现上面的内存一致性错误的问题.
    如何建立happens-before关系? 这里面有几条规则:
    (1) 单线程中的程序执行结果与代码的顺序执行结果保持一致.

你能会好奇,难道单线程不是顺序执行的吗? 答案是的确不一定按照顺序执行,这个跟硬件的指令重排序有关,目的是为了优化性能让cpu更快的执行指令,但有happens-before保证,所以结果跟代码顺序执行的结果保持一致,这是最基础的保证,也是最重要的保证.

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    (2)同一个锁的unlock操作,在其他线程lock后,变量是可见的.
    class LockRule { private int value = 0; public synchronized void setValue(int value) { this.value = value; } public synchronized int getValue() { return value; }}
    也就是在A线程中执行setValue操作,在B线程中执行getValue方法是可以看到变化的,注意这里一定是同一个监视器才可以,比如上面这段代码就是用对象做为监视器.此外ReentrantLock锁也具有相同的语义.
    (3)volatile修饰的变量,在一个线程update后,立刻对其他的线程可见.这个不多说,前面的文章介绍过.
    (4)关于Thread的start方法,是指在一个线程A中启动另外另外一个线程B时,A里面所有的变量对B是可见的,最常见的就是我们在java的main线程中启动的线程是可以看到启动之前所有的main线程的变量的.底层是启动前把所有内容都同步到主内存里面了,然后新的线程会从主内存里面拷贝一份数据到自己的cache,所以是可见的.
    (5)关于Thread的join方法,同样道理,比如我在java的main线程里面声明了一个线程B,然后调用 B.start() //启动B线程 B.join() //main线程等待B线程结束此时在B线程里面修改了成员变量,在B线程结束的时候,main线程是可以直接看到最终变化的.这是一个线程结束的时候会把自己缓存的值给刷新到主内存,所以感知了B线程结束的主线程是可以看到所有变化的.
    (6)关于Thread的interrupt方法,同样道理,在java的main线程中,比如我在java的main线程里面声明了一个线程B,然后调用 B.start() //启动B线程 B.interrupt() //打断B线程,此时B线程的是可以看到主线程的修改的状态
    (7)对于实例的finalize()方法,当实例的构造方法执行完毕之后,如果再执行finalize()方法,此时实例里面的所有变量不管有多少线程修改过对finalize()方法都是可见的.
    (8)传递性规则: 如果 A happens-before B 并且 B happens-before C, 那么 A happens-before C
    关于data race
    data race又叫数据竞争,在这里指的多个线程之间没有符合的happens-before规则,但是它们又需要修改同一个共享变量,比如上面的counter的例子,最终会造成内存一致性的问题,这种情况下可以通过Java自带的一些锁机制来避免.
    关于上篇文章遗留问题
    在上篇文章中,我遗留了一个问题,那就在下面的代码中:
    private static boolean keepRunning=true; public static void main(String[] args) throws Exception { new Thread( ()->{ while (keepRunning){ //System.out.println(); } } ).start(); Thread.sleep(1000); keepRunning=false; }
    如果我把while循环里面的打印语句去掉,那么即使没有volatile关键字,程序也可以结束循环,为什么? 其实答案就在今天的知识里面,因为打印语句会锁住当前的实例,源码如下:
    public void println(boolean x) { synchronized (this) { print(x); newLine(); } }
    对应到上面的happens-before的第二条规则就很容易的解释通了.
    以上就是达内培训给大家做的内容详解,更多关于IT知识的学习,请继续关注达内培训

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