Java内存模型就是为了解决多线程环境下共享变量的一致性问题,一致性主要包含三大特性:原子性、可见性、有序性,下面我们就来看看Java内存模型是怎么实现这三大特性的。
原子性
原子性是指一段操作一旦开始就会一直运行到底,中间不会被其它线程打断,这段操作可以是一个操作,也可以是多个操作。
由Java内存模型来直接保证的原子性操作包括read、load、user、assign、store、write这两个操作,我们可以大致认为基本类型变量的读写是具备原子性的。
如果应用需要一个更大范围的原子性,Java内存模型还提供了lock和unlock这两个操作来满足这种需求,尽管不能直接使用这两个操作,但我们可以使用它们更具体的实现synchronized来实现。
因此,synchronized块之间的操作也是原子性的。
可见性
可见性是指当一个线程修改了共享变量的值,其它线程能立即感知到这种变化。
Java内存模型是通过在变更修改后同步回主内存,在变量读取前从主内存刷新变量值来实现的,它是依赖主内存的,无论是普通变量还是volatile变量都是如此。
普通变量与volatile变量的主要区别是是否会在修改之后立即同步回主内存,以及是否在每次读取前立即从主内存刷新。因此我们可以说volatile变量保证了多线程环境下变量的可见性,但普通变量不能保证这一点。
除了volatile之外,还有两个关键字也可以保证可见性,它们是synchronized和final。
synchronized的可见性是由“对一个变量执行unlock操作之前,必须先把此变量同步回主内存中,即执行store和write操作”这条规则获取的。
final的可见性是指被final修饰的字段在构造器中一旦被初始化完成,那么其它线程中就能看见这个final字段了。
有序性
Java程序中天然的有序性可以总结为一句话:如果在本线程中观察,所有的操作都是有序的;如果在另一个线程中观察,所有的操作都是无序的。
前半句是指线程内表现为串行的语义,后半句是指“指令重排序”现象和“工作内存和主内存同步延迟”现象。
Java中提供了volatile和synchronized两个关键字来保证有序性。
volatile天然就具有有序性,因为其禁止重排序。
什么是指令重排?
在虚拟机层面,为了尽可能减少内存操作速度远慢于CPU运行速度所带来的CPU空置的影响,虚拟机会按照自己的一些规则(这规则后面再叙述)将程序编写顺序打乱——即写在后面的代码在时间顺序上可能会先执行,而写在前面的代码会后执行——以尽可能充分地利用CPU。
synchronized的有序性是由“一个变量同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作”这条规则获取的。
总结:
原子性:
1.read、load、user、assign、store、write这结果操作。
2.基本类型的读写具有原子性。
(byte、short、int、long、double、float、char、boolean)
3.synchronized块。
可见性:
1.volatile
2.final
3.synchronized
有序性:
1.volatile
2.synchronized