jvm并发机制的探讨——内存模型、内存可见性和指令重排序-java开发java经验技巧

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1、JVM并发机制的探讨——内存模型、内存可见性和指令重排序-Java开发Java经验技巧JVM并发机制的探讨——内存模型、内存可见性和指令重排序原文出处：oschina并发本来就是个冇意思的问题，尤其是现在又流行这么一句话：“高帅富加机器,穷矮搓搞优化”。从这句话可以看到，无论是高帅富还是穷矮搓都需要深入理解并发编程，高帅富加多了机器，需要协调多台机器或者多个CPC对共享资源的访问，因此需要了解并发，穷矮搓搞优化需要编写各种多线程的代码來压榨CPU的计算资源，让它在同一时刻做更多的事情，这个更需要

2、了解并发。在我前一篇关于并发的文章http://my.oschina.net/chihz/blog/54731中提到过管程，管程的特色是在编程语言中对并发的细节进行封装，使程序员可以直接在语言中就得到并发的支持，而不必自己去处理一些像是控制信号量之类容易出错口繁琐的细节问题。一些语言是通过在编译时解开语法糖的方式去实现管程，但Java在编译后生成的字节码层而上对并发仍然是一层封装，比如syncrhonized块在编译之后只是对应了两条指令：monitorenter和monitorexito更多的

3、并发细节是在JVM运行时去处理的，而不是编译。这篇文章主耍是针对JVM处理并发的一些细节的探讨。JAVA内存模型对于我们平时开发的业务应用来说，内存应该是访问速度最快的存储设备，对于频繁访问的数据，我们总是习惯把它们放到内存缓存中，冇句话不是说么，缓存就像是清凉油，哪里冇问题就抹一抹。但是CPU的运算速度比起内存的访问速度还要快儿个量级，为了平衡这个差距，于是就专门为CPU引入了高速缓存，频繁使用的数据放到高速缓存当中，CPU在使用这些数据进行运算的时候就不必再去访问内存。但是在多CPU时代却冇

4、一个问题，每个CPU都拥冇自己的高速缓存，内存又是所冇CPU共享的公共资源，于是内存此时就成了一个临界区，如果控制不好各个CPU対内存的并发访问，那么就会产生错误，出现数据不一致的情况。为了避免这种情况，需要采取缓存一致性协议來保证，这类协议有很多，各个硬件平台和操作系统的实现不尽相同。9•JVM需要实现跨平台的支持，它需要有一套口己的同步协议来屏蔽掉各种底层硬件和操作系统的不同，因此就引入了Java内存模型。对于Java來说开发者并不需要关心任何硬件细节，因此没有多核CPU和高速缓存的概念，多

5、核CPU和高速缓存在JVM中对应的是Java语言内置的线程和每个线程所拥有的独立内存空间,Java内存模型所规范的也就是数据在线程H己的独立内存空间和JVM共亨内存之间同步的问题。下面这两张图说明了换件平台和JVM内存模型的和似和差异Z处。9■硬件平台9■JVM内存模型9Java内存模型规定，对于多个线程共享的变量，存储在主内存当中，每个线程都有口己独立的工作内存，线程只能访问自己的工作内存，不可以访问其它线程的工作内存。工作内存中保存了主内存共享变量的副本，线程耍操作这些共享变量，只能通过操作

6、工作内存中的副本来实现，操作完毕之示再同步冋到主内存当屮。如何保证多个线程操作主内存的数据完整性是一个难题，Java内存模型也规定了工作内存与主内存之间交互的协议，首先是定义了8种原子操作：(1)lock:将主内存中的变量锁定，为一个线程所独占(2)unclock:将lock加的锁定解除，此时其它的线程可以有机会访问此变量⑶wad:将主内存中的变量值读到工作内存当中⑷load:将read读取的值保存到工作内存屮的变量副木屮。(5)use:将值传递给线程的代码执行引擎⑹assign:将执行引擎处理

7、返回的值重新赋值给变量副本(7)store:将变量副本的值存储到主内存中。⑻write:将store存储的值写入到主内存的共亨变量当屮。9■我们可以看到，要保证数据的同步，lock和unlock定义了一•个线程访问一-次共亨内存的界限，有lock操作也必须有unlock操作，另外一些操作也必须要成对出现才可以，像是read和load、store和write需要成对出现，如果单一指令出现，那么就会造成数据不一致的问题。Java内存模型也针对这些操作指定了必须满足的规则：(1)read和load、s

8、tore和write必须要成对出现，不允许单一的操作，否则会造成从主内存读取的值，工作内存不接受或者工作内存发起的写入操作而主内存无法接受的现象。⑵在线程中使用了assign操作改变了变最副木，那么就必须把这个副本通过store・write同步回主内存中。如果线程中没有发生assign操作，那么也不允许使store-write同步到主内存。⑶在对一个变量实行use和store操作之前，必须实行过load和assign操作。(4)变量在同一时刻只允许一个线程対其进行lock,有多少次lock操作，