JVM多线程内存模型详解

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JVM运行时候数据区

线程独占:每个线程都会有它独立的空间，随线程生命周期而创建和销毁

线程共享:所有线程能访问这块内存数据，随虚拟机或者GC而创建和销毁

基于这种内存模型中的多线程操作会出现的问题：

1、所见非所得

2、无法肉眼去检测程序的准确性

3、不同的运行平台有不同的表现

4、错误很难重现

示例1

public class VisibilityDemo {
    private boolean flag = true;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        VisibilityDemo demo1 = new VisibilityDemo() ;
        new Thread(new Runnable(){
            @Override
            public void run() {
                int i = 0;
                while (demo1.flag) {
                    i++;
                }
                System.out.println(i);
            }
        }).start() ;
        TimeUnit. SECONDS. sleep(  2);
        //设置is为false，使上面的线程结束wh ile循环
        demo1.flag = false;
        System. out.println("被置为false了.");
    }
}

运行结果出现死循环

上面的代码在我本机上会出现死循环，如果是CPU缓存带来的问题，那顶多就是在时间上，不能出现太久的死循环。

工作内存缓存

指令重排序

Java编程语言的语义允许编译器和微处理器执行优化，这些优化可以与不正确的同步代码交互，从而产生看似矛盾的行为。

输出编译后的指令排序

-server -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly -XX:+LogCompilation -XX:LogFile=jit.log

通过汇编后，单个线程的代码在优化上就会出现问题。如下面是汇编后的执行意思。

int i = 0;
if(demo1.flag){
    while(true){
        i++;
    }
}

对于这种问题是在汇编级别上的，本文章不做过多的介绍。

当然可以关闭代码的JIT编译优化

-server -Djava.compiler=NONE

内存模型的含义

内存模型描述程序的可能行为。

Java编程语言内存模型通过检查执行跟踪中的每个读操作，并根据某些规则检查该读操作观察到的写操作是否有效来工作。

只要程序的所有执行产生的结果都可以由内存模型预测。具体的实现者任意实现，包括操作的重新排序和删除不必要的同步。

内存模型决定了在程序的每个点上可以读取什么值。

Shared Variables共享变量描述

可以在线程之间共享的内存称为共享内存或堆内存。

所有实例字段、静态字段和数组元素都存储在堆内存中。

如果至少有一个访问是写的，那么对同一个变量的两次访问(读或写)是冲突的。

定义在: https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se8/html/jls-17.html#jls-17.4.1

附带一个https://docs.oracle.com/javase/8/

线程操作的定义

操作定义:
write要写的变量以及要写的值。
read 要读的变量以及可见的写入值(由此，我们可以确定可见的值)。lock要锁定的管程(监视器monitor)。
unlock要解锁的管程。
外部操作(socket等等..)启动和终止

程序顺序:如果一个程序没有数据竞争，那么程序的所有执行看起来都是顺序一致的
本规范只涉及线程间的操作;

对于同步的规则定义

对于监视器m的解锁韦所有后续操作对于m的加锁同步

对volatile变量v的写入，与所有其他线程后续对v的读同步

启动线程的操作与线程中的第一个操作同步

对于每个属性写入默认值（0，false，null)与每个线程对其进行的操作同步

线程T1的最后操作与线程T2发现线程T1已经结束同步。( isAlive ,join可以判断线程是否终结)

如果线程T1中断了T2，那么线程T1的中断操作与其他所有线程发现T2被中断了同步
通过抛出InterruptedException异常，或者调用Thread.interrupted或Thread.isInterrupted

Happens-before先行发生原则

happens-before 关系主要用于强调两个有冲突的动作之间的顺序，以及定义数据争用的发生时机。

具体的虚拟机实现，有必要确保以下原则的成立

某个线程中的每个动作都 happens-before该线程中该动作后面的动作。
某个管程上的unlock 动作 happens-before同一个管程上后续的lock动作
对某个volatile 字段的写操作happens-before每个后续对该volatile字段的读操作
在某个线程对象上调用start()方法happens-before该启动了的线程中的任意动作
某个线程中的所有动作happens-before任意其它线程成功从该线程对象上的join()中返回
如果某个动作a happens-before 动作b，且b happens-before动作c，则有a happens-before c.

当程序包含两个没有被happehs-before关系排序的冲突访问时，就称存在数据争用。
遵守了这个原则，也就意味着有些代码不能进行重排序，有些数据不能缓存!

volatile和同步关键字 禁止代码优化和缓存，

内存模型的含义

内存模型描述程序的可能行为。

Java编程语言内存模型通过检查执行跟踪中的每个读操作，并根据某些规则检查该读操作观察到的写操作是否有效来工作。

只要程序的所有执行产生的结果都可以由内存模型预测。具体的实现者任意实现，包括操作的重新排序和删除不必要的同步。

内存模型决定了在程序的每个点上可以读取什么值。

记得加油学习哦^_^