读书笔记-Java并发编程的艺术-3.1

Java内存模型简称JMM

1. 两个关键问题

线程之间如何通信及线程之间如何同步

1.1 通信

通信是指线程之间已何种机制来交换信息。
线程之间的通信机制有两种：共享内存和消息传递。
1）在共享内存的并发模型里，线程之间共享程序的公共状态，通过写-读内存中的公共状态进行隐式通信。
2）在消息传递的并发模型里，线程之间没有公共状态，线程之间必须通过发送消息来显式进行通信。

1.2 同步

同步是指程序中用于控制不同线程间操作发生相对顺序的机制。
1）在共享内存的并发模型里，同步是显式进行的，程序员必须显示指定某个方法或某段代码在线程之间必须互斥执行。
2）在消息传递的并发模型里，由于消息的发送必须在消息的接收之前，因此同步是隐式进行的。

Java的并发采用共享内存模型，Java线程间的通信总是隐式进行，整个通信过程对程序员完全透明。

2. Java内存模型的抽象结构

在Java中，所有实例域、静态域和数组元素都存放在堆内存中，堆内存在线程之间共享。局部变量、方法定义参数和异常处理器参数不会在线程之间共享，不会有内存可见性问题，也不受内存模型的影响。

线程A与线程B通信流程：
1）线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。
2）线程B到主内存中去读取线程A之前已更新过的共享变量。

JMM通过控制主内存与每个线程的本地内存交互，来保证内存可见性。

3.从源代码到指令序列的重排序

在执行程序时，为了提高性能，编译器和处理器会对指令进行重排序。重排序分为以下3种类型，并按顺序执行。
1）编译器优化的重排序。
2）指令级并行的重排序。
3）内存系统的重排序。

这些重排序可能会导致多线程程序出现内存可见性问题。对于编译器，JMM的编译器重排序规则会禁止特定类型的编译器重排序（不是所有的编译器重排序都要禁止）。对于处理器重排序，JMM的处理器重排序规则会要求Java编译器在生成指令序列时，插入特定类型的内存屏障（Memory Barriers，Intel称之为Memory Fence）指令，通过内存屏障指令来禁止特定类型的处理器重排序。

JMM属于语言级的内存模型，它确保在不同的编译器和不同的处理器平台之上，通过禁止特定类型的编译器重排序和处理器重排序，为程序员提供一致的内存可见性保证。

4. 并发编程模型的分类

写缓冲区：临时保存向内存写入的数据。
避免由于处理器停顿下来等待向内存写入数据而产生的延迟。通过以批处理的方式刷新写缓冲区，以及合并写缓冲区中对同一内存地址的多次写，减少对内存总线的占用。但是处理器上写缓冲区仅对自己可见，会对内存操作的执行顺序产生影响，处理器对内存的读/写操作的执行顺序，不一定与内存实际发生的读/写操作顺序一致！，因此允许对读-写操作进行重排序。

5. happens-before简介

JSR-133（jdk1.5后使用的内存模型）使用happens-before的概念来阐述操作之间的内存可见性。在JMM中，如果一个操作执行的结果需要对另一个操作可见，那么这两个操作之间必须要存在happens-before关系。这里提到的两个操作既可以是在一个线程之内，也可以是在不同线程之间。

与程序员密切相关的happens-before规则如下：

• 程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happens-before于该线程中的任意后续操作。
• 监视器锁规则：对一个锁的解锁，happens-before于随后对这个锁的加锁。
• volatile变量规则：对一个volatile域的写，happens-before于任意后续对这个volatile域的读。
• 传递性：如果A happens-before B，且B happens-before C，那么A happens-before C。

注意
两个操作之间具有happens-before关系，并不意味着前一个操作必须要在后一个操作之前执行！happens-before仅仅要求前一个操作（执行的结果）对后一个操作可见，且前一个操作按顺序排在第二个操作之前（the first is visible to and ordered before the second）。