java内存模型（四）

前言：

       本章分为四大部分

1）java内存模型的基础，主要介绍内存模型相关的基本概念。

2）java内存模型的顺序一致性，主要介绍重排序与顺序一致性内存模型

3）主要介绍三个同步原语，synchronized  、volatile 和final的内存语义以及

重排序规则在处理器的实现

4）java内存模型的设计，内存模型的设计原理以及其与

处理器内存模型和顺序一致性内存模型的关系

一、内存模型的基础

 

（一）、并发编程模型的两个关键问题

 线程之间的通信和同步。

1、线程间的通信

     线程的通信是指线程之间以何种机制来交换信息。在命令式编程中，

线程之间的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，线程之间通过写-读内存中的公共状态来隐式进行通信，

典型的共享内存通信方式就是通过共享对象进行通信。

在消息传递的并发模型里，线程之间没有公共状态，线程之间必须通过明确的发送消息来显式进行通信，

在java中典型的消息传递方式就是wait()和notify()。

2.、线程之间的同步

        同步是指程序用于控制不同线程之间操作发生相对顺序的机制。

   在共享内存并发模型里，同步是显式进行的。

程序员必须显式指定某个方法或某段代码需要在线程之间互斥执行。

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。

 

（二）、内存模型的抽象结构

       Java内存模型即Java Memory Model，简称JMM。

JMM定义了Java 虚拟机(JVM)在计算机内存(RAM)中的工作方式。

JVM是整个计算机虚拟模型，所以JMM是隶属于JVM的。

如果我们要想深入了解Java并发编程，就要先理解好Java内存模型。

Java内存模型定义了多线程之间共享变量的可见性以及如何在需要的时候对共享变量进行同步。

原始的Java内存模型效率并不是很理想，因此Java1.5版本对其进行了重构，

现在的Java8仍沿用了Java1.5的版本。

        上面讲到了Java线程之间的通信采用的是过共享内存模型，

这里提到的共享内存模型指的就是Java内存模型(简称JMM)，

JMM决定一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见。从抽象的角度来看，

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（main memory）中，

每个线程都有一个私有的本地内存（local memory），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。它涵盖了缓存，写缓冲区，

寄存器以及其他的硬件和编译器优化。

 

 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：

1. 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。
2. 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。

下面通过示意图来说明这两个步骤

 

 

       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。

           上面也说到了，Java内存模型只是一个抽象概念，那么它在Java中具体是怎么工作的呢？

为了更好的理解上Java内存模型工作方式，下面就JVM对Java内存模型的实现、

硬件内存模型及它们之间的桥接做详细介绍