Java并發(fā)內存模型詳情
Java
是一門支持多線程執(zhí)行的語言,要編寫正確的并發(fā)程序,了解Java內存模型是重要前提。而了解硬件內存模型有助于理解程序的執(zhí)行。
本文主要整理以下內容
- Java內存模型
- 硬件內存架構
- 共享對象可見性
- 競爭條件
1、Java內存模型
Java內存模型最新修訂是在Java5
。 JSR-176
羅列了 J2SE5.0
相關發(fā)布特性,包含其中的 JSR-133
(JavaTM內存模型與線程規(guī)范),java虛擬機遵循此規(guī)范。延續(xù)至今該內存模型在Java8中依然奏效。
JSR 全稱
Java Specification Requests
,意為Java標準化技術規(guī)范的正式請求。
Java程序運行在虛擬機上(Jvm)。從邏輯角度看,Jvm內存被劃分為線程堆棧和堆。每個線程都擁有自己的堆棧,該線程堆棧存儲的數據不對其它線程可見。堆內存用于存儲共享數據。
線程堆棧存儲方法中所有局部變量,包含原始類型(boolean
,byte
,short
,char
,int
,long
, float
,double
)和對象引用。
堆存儲需要共享對象和靜態(tài)變量。
注意:對象不一定都會存儲到堆內存。看下面例子,假如果Object對象不需要被其它線程共享,編譯器會執(zhí)行堆分配轉化為棧分配。
解釋一下,編譯器會根據對象是否逃逸做出優(yōu)化。優(yōu)化的其中一項就是堆分配轉化為棧分配,目的在于減輕GC壓力,提升性能。此優(yōu)化動作由Jvm參數-XX:+DoEscapeAnalysi 進行控制。Java8 默認開啟。
測試:通過開啟或關閉 -XX:+PrintGC -XX:-DoEscapeAnalysis
觀察是否執(zhí)行GC來判斷對象存儲位置。
public static void main(String[] args){ for(int i = 0; i < 10000000; i++){ createObj(); } } public static void createObj(){ new Object(); }
2、硬件內存架構
如下圖,現(xiàn)代計算機通常都裝有2個或者更多的CPU
,CPU
又可以是多核。一個CPU
包含一組寄存器,每個CPU
具有一個高速緩存,而高速緩存又分為L1,L2,L3,L4 不同層級緩存。
RAM
為主存儲也就是我們說的計算機內存,所有CPU都可以讀取主存儲。
當CPU
讀取主存儲數據時,它會將部分主存儲數據讀入CPU高速緩存中,又將緩存的中一部分讀入寄存器執(zhí)行,操作結束后,將值從寄存器刷新到高速緩存中,高速緩存在特定的時刻將數據統(tǒng)一刷新到內存中。
3、實際執(zhí)行
事實上,上面闡述的Java
堆棧內存模型是為了理解抽象出來的。實際執(zhí)行就像下圖一樣,線程棧和堆的數據可能分散到硬件不同的存儲區(qū)域。數據分散在不同區(qū)域會帶來以下兩個主要問題。
3.1 共享對象可見性
下面場景兩個線程同時操作對象obj.count
,其中一個線程對obj.count
進行更新,但是對其它線程不可見。
線程A操作obj時,先從主存里拷貝一個數據副本到CPU高速緩存,又到寄存器,然后修改obj.count=2
后刷新到CPU高速緩存,但是數據暫未同步到主存。以此同時線程B也操作obj
,拷貝的數據副本仍然為obj.count=1
,這會導致程序結果錯誤。
解決此問題,可以使用Java volatile
關鍵字。volatile
可簡單理解為跳過CPU高速緩存,讓修改結果及時同步到主存,從而保證了其它線程讀到最新值。volatile
后期專門介紹。
3.2 競爭條件
另外一種情況假如果多個線程同時更行obj.count
,這時會發(fā)生競爭條件。
解決方法,使用Java synchronized
保證線程執(zhí)行順序,另外synchronized
包裹中的所有變量都直接從主存讀?。ㄌ^CPU高速緩存),并且當線程退出synchronized
后,所有更新的變量將同步到主存。
總結:
本文記錄Java內存模型,其中主要內容來源于 Jakob Jenkov 大神博客。
http://tutorials.jenkov.com/java-concurrency/java-memory-model.html
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