并发编程基础底层原理学习（三）

线程通信与线程同步

​ 在并发编程中需要解决两个关键问题：1.线程之间如何通信 2.线程之间如何同步。线程通信是指线程之间以何种机制来交换消息。线程之间通信机制有两种：共享内存和消息传递。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通信。而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进行通信。

​ 线程同步是指程序中用于控制不同线程间操作发生的相对顺序的机制。在共享内存并发模型里，程序员必须显式指定某个方法或某段嗲吗需要在线程之间互斥执行。而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内存模型--堆和栈

​ JVM内部使用的Java内存模型将内存划分为栈和堆，如下图所示。

Java 虚拟机中运行的每个线程都有自己的线程栈。线程栈包含有关线程调用了哪些方法以到达当前执行点的信息。在Java中所有实例域，静态域和数组元素都存储在堆内存中，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，它们不会出现线程安全问题。线程堆栈还包含正在执行的每个方法的所有局部变量（调用堆栈上的所有方法）。一个线程只能访问它自己的线程堆栈。一个线程创建的局部变量对于创建它的线程之外的所有其他线程都是不可见的。即使两个线程正在执行完全相同的代码，这两个线程仍将在各自的线程堆栈中创建该代码的局部变量。因此，每个线程都有自己的每个局部变量版本。所有原始类型的局部变量（boolean、byte、short、char、int、long、float、double）都完全存储在线程堆栈中，因此对其他线程不可见。

Java内存模型抽象结构

​ Java线程之间的通信由Java内存模型（简称JMM）控制，JMM决定了一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见。JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存中，每个线程都有一个私有的本地内存，本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在。

从上图来看，线程 A 与线程 B 之间如要通信的话，必须要经历下面 2 个步骤：

• 首先，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。
• 然后，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。

如上图所示，本地内存 A 和 B 有主内存中共享变量 x 的副本。假设初始时，这三个内存中的 x 值都为 0。线程 A 在执行时，把更新后的 x 值（假设值为 1）临时存放在自己的本地内存 A 中。当线程 A 和线程 B 需要通信时，线程 A 首先会把自己本地内存中修改后的 x 值刷新到主内存中，此时主内存中的 x 值变为了 1。随后，线程 B 到主内存中去读取线程 A 更新后的 x 值，此时线程 B 的本地内存的 x 值也变为了 1。

从整体来看，这两个步骤实质上是线程 A 在向线程 B 发送消息，而且这个通信过程必须要经过主内存。JMM 通过控制主内存与每个线程的本地内存之间的交互，来为 java 程序员提供内存可见性保证。