聊聊JMM
其实很早就想写一篇JMM相关的知识点,今天终于有机会记录一下,更有助于我们在业务层写代码的时候,知其然亦知其所以然。
什么是JMM
JMM就是Java内存模型(java memory model)。因为在不同的硬件生产商和不同的操作系统下,内存的访问有一定的差异,所以会造成相同的代码运行在不同的系统上会出现各种问题。所以java内存模型(JMM)屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异,以实现让java程序在各种平台下都能达到一致的并发效果。
Java内存模型规定所有的变量都存储在主内存中,包括实例变量,静态变量,但是不包括局部变量和方法参数。每个线程都有自己的工作内存,线程的工作内存保存了该线程用到的变量和主内存的副本拷贝,线程对变量的操作都在工作内存中进行。线程不能直接读写主内存中的变量
如图所示
每个线程的工作内存都是独立的,线程操作数据只能在工作内存中进行,然后刷回到主存。这是 Java 内存模型定义的线程基本工作方式。
温馨提示,这里有些人会把Java内存模型误解为Java内存结构,然后答到堆,栈,GC垃圾回收,最后和面试官想问的问题相差甚远。实际上一般问到Java内存模型都是想问多线程,Java并发相关的问题。
JMM定义了什么
分别是:原子性,可见性,有序性。这三个特征可谓是整个Java并发的基础
原子性
原子性指的是一个操作是不可分割,不可中断的,一个线程在执行时不会被其他线程干扰。
面试官拿笔写了段代码,下面这几句代码能保证原子性吗?
int i = 2;
int j = i;
i++;
i = i + 1;
第一句是基本类型赋值操作,必定是原子性操作。
第二句先读取i的值,再赋值到j,两步操作,不能保证原子性。
第三和第四句其实是等效的,先读取i的值,再+1,最后赋值到i,三步操作了,不能保证原子性。
JMM只能保证基本的原子性,如果要保证一个代码块的原子性,提供了monitorenter 和 moniterexit 两个字节码指令,也就是 synchronized 关键字。因此在 synchronized 块之间的操作都是原子性的。
可见性
可见性指当一个线程修改共享变量的值,其他线程能够立即知道被修改了。Java是利用volatile关键字来提供可见性的。 当变量被volatile修饰时,这个变量被修改后会立刻刷新到主内存,当其它线程需要读取该变量时,会去主内存中读取新值。而普通变量则不能保证这一点。
除了volatile关键字之外,final和synchronized也能实现可见性。
synchronized的原理是,在执行完,进入unlock之前,必须将共享变量同步到主内存中。
final修饰的字段,一旦初始化完成,如果没有对象逸出(指对象为初始化完成就可以被别的线程使用),那么对于其他线程都是可见的。
有序性
在Java中,可以使用synchronized或者volatile保证多线程之间操作的有序性。实现原理有些区别:
volatile关键字是使用内存屏障达到禁止指令重排序,以保证有序性。
synchronized的原理是,一个线程lock之后,必须unlock后,其他线程才可以重新lock,使得被synchronized包住的代码块在多线程之间是串行执行的。
内存交互的操作有哪些
- lock(锁定),作用于主内存中的变量,把变量标识为线程独占的状态。
- read(读取),作用于主内存的变量,把变量的值从主内存传输到线程的工作内存中,以便下一步的load操作使用。
- load(加载),作用于工作内存的变量,把read操作主存的变量放入到工作内存的变量副本中。
- use(使用),作用于工作内存的变量,把工作内存中的变量传输到执行引擎,每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值的字节码指令时将会执行这个操作。
- assign(赋值),作用于工作内存的变量,它把一个从执行引擎中接受到的值赋值给工作内存的变量副本中,每当虚拟机遇到一个给变量赋值的字节码指令时将会执行这个操作。
- store(存储),作用于工作内存的变量,它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中,以便后续的write使用。
- write(写入):作用于主内存中的变量,它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中。
- unlock(解锁):作用于主内存的变量,它把一个处于锁定状态的变量释放出来,释放后的变量才可以被其他线程锁定。
操作规则
- 不允许read、load、store、write操作之一单独出现,也就是read操作后必须load,store操作后必须write。
- 不允许线程丢弃他最近的assign操作,即工作内存中的变量数据改变了之后,必须告知主存。
- 不允许线程将没有assign的数据从工作内存同步到主内存。
- 一个新的变量必须在主内存中诞生,不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是对变量实施use、store操作之前,必须经过load和assign操作。
- 一个变量同一时间只能有一个线程对其进行lock操作。多次lock之后,必须执行相同次数unlock才可以解锁。
- 如果对一个变量进行lock操作,会清空所有工作内存中此变量的值。在执行引擎使用这个变量前,必须重新load或assign操作初始化变量的值。
- 如果一个变量没有被lock,就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量。
- 一个线程对一个变量进行unlock操作之前,必须先把此变量同步回主内存。
volatile关键字
很多并发编程都使用了volatile关键字,主要的作用包括两点:
保证线程间变量的可见性。
禁止CPU进行指令重排序。
可见性
volatile修饰的变量,当一个线程改变了该变量的值,其他线程是立即可见的。普通变量则需要重新读取才能获得最新值。
volatile保证可见性的流程大概就是这个一个过程:
volatile一定能保证线程安全吗
先说结论吧,volatile不能一定能保证线程安全。
怎么证明呢,我们看下面一段代码的运行结果就知道了:
public class VolatileTest extends Thread{public static volatile int count = 0;@Overridepublic void run() {super.run();for (int i = 0; i < 10; i++) {try {//休眠500毫秒Thread.sleep(500);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}count++;}}
}
class ExampleUnitTest {@Testfun volatileTest(){val threads = Vector<Thread>()for (i in 0..99) {val thread = VolatileTest()threads.add(thread)thread.start()}//等待子线程全部完成for (thread in threads) {thread.join()}//输出结果,正确结果应该是1000,实际却不一定assertEquals(VolatileTest.count,1000)}
}
而如果需要保证线程安全:
由此可见:volatile只是保证可见性,并不能保证操作的原子性,前面说过了count++不是原子性操作,会当做三步,先读取count的值,然后+1,最后赋值回去count变量。
禁止指令重排序
首先要讲一下as-if-serial语义,不管怎么重排序,(单线程)程序的执行结果不能被改变。
为了使指令更加符合CPU的执行特性,最大限度的发挥机器的性能,提高程序的执行效率,只要程序的最终结果与它顺序化情况的结果相等,那么指令的执行顺序可以与代码逻辑顺序不一致,这个过程就叫做指令的重排序。
重排序的种类分为三种,分别是:编译器重排序,指令级并行的重排序,内存系统重排序。整个过程如下所示:
指令重排序在单线程是没有问题的,不会影响执行结果,而且还提高了性能。但是在多线程的环境下就不能保证一定不会影响执行结果了。
所以在多线程环境下,就需要禁止指令重排序。
比如:
private static int a;//非volatile修饰变量
private static int b;//非volatile修饰变量
private static volatile int k;//volatile修饰变量private void hello() {a = 1; //语句1b = 2; //语句2k = 3; //语句3a = 4; //语句4b = 5; //语句5//以下省略...
}
变量a,b是非volatile修饰的变量,k则使用volatile修饰。所以语句3不能放在语句1、2前,也不能放在语句4、5后。但是语句1、2的顺序是不能保证的,同理,语句4、5也不能保证顺序。
并且,执行到语句3的时候,语句1,2是肯定执行完毕的,而且语句1,2的执行结果对于语句3,4,5是可见的。
volatile禁止指令重排序的原理是什么
- LoadLoad 屏障:对于这样的语句Load1,LoadLoad,Load2。在Load2及后续读取操作要读取的数据被访问前,保证Load1要读取的数据被读取完毕。
- StoreStore屏障:对于这样的语句Store1, StoreStore, Store2,在Store2及后续写入操作执行前,保证Store1的写入操作对其它处理器可见。
- LoadStore 屏障:对于这样的语句Load1, LoadStore,Store2,在Store2及后续写入操作被刷出前,保证Load1要读取的数据被读取完毕。
- StoreLoad 屏障:对于这样的语句Store1, StoreLoad,Load2,在Load2及后续所有读取操作执行前,保证Store1的写入对所有处理器可见。
在每个volatile读操作前插入LoadLoad屏障,在读操作后插入LoadStore屏障。
在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障,后面插入一个SotreLoad屏
总结
重点是Java内存模型(JMM)的工作方式,三大特征,还有volatile关键字。为什么喜欢问volatile关键字呢,因为volatile关键字可以扯出很多东西,比如可见性,有序性,还有内存屏障等等。可以一针见血地看出面试者的技术水平。
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有不少windows10系统用户反映说碰到这样一个情况,就是电脑提示正在准备windows请勿关闭计算机,碰到这样的问题该怎么解决呢,现在小编就给大家分享一下windows10系统提示正在准备windows请勿关闭计算机的具体第一种方法:1、2、依次…...
2022/11/19 21:17:11 - 配置 已完成 请勿关闭计算机,win7系统关机提示“配置Windows Update已完成30%请勿关闭计算机”的解决方法...
今天和大家分享一下win7系统重装了Win7旗舰版系统后,每次关机的时候桌面上都会显示一个“配置Windows Update的界面,提示请勿关闭计算机”,每次停留好几分钟才能正常关机,导致什么情况引起的呢?出现配置Windows Update…...
2022/11/19 21:17:10 - 电脑桌面一直是清理请关闭计算机,windows7一直卡在清理 请勿关闭计算机-win7清理请勿关机,win7配置更新35%不动...
只能是等着,别无他法。说是卡着如果你看硬盘灯应该在读写。如果从 Win 10 无法正常回滚,只能是考虑备份数据后重装系统了。解决来方案一:管理员运行cmd:net stop WuAuServcd %windir%ren SoftwareDistribution SDoldnet start WuA…...
2022/11/19 21:17:09 - 计算机配置更新不起,电脑提示“配置Windows Update请勿关闭计算机”怎么办?
原标题:电脑提示“配置Windows Update请勿关闭计算机”怎么办?win7系统中在开机与关闭的时候总是显示“配置windows update请勿关闭计算机”相信有不少朋友都曾遇到过一次两次还能忍但经常遇到就叫人感到心烦了遇到这种问题怎么办呢?一般的方…...
2022/11/19 21:17:08 - 计算机正在配置无法关机,关机提示 windows7 正在配置windows 请勿关闭计算机 ,然后等了一晚上也没有关掉。现在电脑无法正常关机...
关机提示 windows7 正在配置windows 请勿关闭计算机 ,然后等了一晚上也没有关掉。现在电脑无法正常关机以下文字资料是由(历史新知网www.lishixinzhi.com)小编为大家搜集整理后发布的内容,让我们赶快一起来看一下吧!关机提示 windows7 正在配…...
2022/11/19 21:17:05 - 钉钉提示请勿通过开发者调试模式_钉钉请勿通过开发者调试模式是真的吗好不好用...
钉钉请勿通过开发者调试模式是真的吗好不好用 更新时间:2020-04-20 22:24:19 浏览次数:729次 区域: 南阳 > 卧龙 列举网提醒您:为保障您的权益,请不要提前支付任何费用! 虚拟位置外设器!!轨迹模拟&虚拟位置外设神器 专业用于:钉钉,外勤365,红圈通,企业微信和…...
2022/11/19 21:17:05 - 配置失败还原请勿关闭计算机怎么办,win7系统出现“配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机”,长时间没反应,无法进入系统的解决方案...
前几天班里有位学生电脑(windows 7系统)出问题了,具体表现是开机时一直停留在“配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机”这个界面,长时间没反应,无法进入系统。这个问题原来帮其他同学也解决过,网上搜了不少资料&#x…...
2022/11/19 21:17:04 - 一个电脑无法关闭计算机你应该怎么办,电脑显示“清理请勿关闭计算机”怎么办?...
本文为你提供了3个有效解决电脑显示“清理请勿关闭计算机”问题的方法,并在最后教给你1种保护系统安全的好方法,一起来看看!电脑出现“清理请勿关闭计算机”在Windows 7(SP1)和Windows Server 2008 R2 SP1中,添加了1个新功能在“磁…...
2022/11/19 21:17:03 - 请勿关闭计算机还原更改要多久,电脑显示:配置windows更新失败,正在还原更改,请勿关闭计算机怎么办...
许多用户在长期不使用电脑的时候,开启电脑发现电脑显示:配置windows更新失败,正在还原更改,请勿关闭计算机。。.这要怎么办呢?下面小编就带着大家一起看看吧!如果能够正常进入系统,建议您暂时移…...
2022/11/19 21:17:02 - 还原更改请勿关闭计算机 要多久,配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机,电脑开机后一直显示以...
配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机,电脑开机后一直显示以以下文字资料是由(历史新知网www.lishixinzhi.com)小编为大家搜集整理后发布的内容,让我们赶快一起来看一下吧!配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机&#x…...
2022/11/19 21:17:01 - 电脑配置中请勿关闭计算机怎么办,准备配置windows请勿关闭计算机一直显示怎么办【图解】...
不知道大家有没有遇到过这样的一个问题,就是我们的win7系统在关机的时候,总是喜欢显示“准备配置windows,请勿关机”这样的一个页面,没有什么大碍,但是如果一直等着的话就要两个小时甚至更久都关不了机,非常…...
2022/11/19 21:17:00 - 正在准备配置请勿关闭计算机,正在准备配置windows请勿关闭计算机时间长了解决教程...
当电脑出现正在准备配置windows请勿关闭计算机时,一般是您正对windows进行升级,但是这个要是长时间没有反应,我们不能再傻等下去了。可能是电脑出了别的问题了,来看看教程的说法。正在准备配置windows请勿关闭计算机时间长了方法一…...
2022/11/19 21:16:59 - 配置失败还原请勿关闭计算机,配置Windows Update失败,还原更改请勿关闭计算机...
我们使用电脑的过程中有时会遇到这种情况,当我们打开电脑之后,发现一直停留在一个界面:“配置Windows Update失败,还原更改请勿关闭计算机”,等了许久还是无法进入系统。如果我们遇到此类问题应该如何解决呢࿰…...
2022/11/19 21:16:58 - 如何在iPhone上关闭“请勿打扰”
Apple’s “Do Not Disturb While Driving” is a potentially lifesaving iPhone feature, but it doesn’t always turn on automatically at the appropriate time. For example, you might be a passenger in a moving car, but your iPhone may think you’re the one dri…...
2022/11/19 21:16:57