Java内存模型和volatile关键字怎么掌握

Java内存模型和volatile关键字怎么掌握

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java内存模型(JMM)：

相关概念：  	1)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。  	2)java的并发采用的是共享内存模型：通过读/写内存中的公共状态进行隐式通信。    概念：java线程之间的通信是由java内存模型控制的，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。    说明：  	1>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工作内存，工作内存中存储了该线程读/写共享变量的副本。  	2>工作内存是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。  	3>线程对变量的所有操作(读取、赋值等)都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存中的变量。  	4>不同的线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量，线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成。

volatile关键字：

相关概念:  	缓存行：缓存器中可以分配的最小存储单位。  	L1缓存：内部缓存。  	L2缓存：外部缓存。    原理：  	1)为了提高处理速度，处理器不直接和内存进行通信，而是先将系统内存中的数据读到缓存(L1、L2)后再进行操作，但操作完成后，处理器是不知道何时要把操作后的数据写回到内存中。  	2)对volatile修饰的变量进行写操作时，JVM会向处理器发送一条Lock前缀的指令，将这个变量所在缓存行(即JMM中的工作内存)的数据写回到系统内存中，并且将其它CPU里缓存了该内存地址的数据无效。  	补充：  		1>对volatile修饰的变量进行写操作(赋值)时，在JIT编译器生成的汇编指令中，我们会发现有一个以Lock为前缀的指令。  		2>以Lock为前缀的指令在多核处理器下会引发了两件事情：①将当前处理器缓存行的数据写回到系统内存中 ②这个写回内存的操作会导致其它CPU里缓存了该内存地址的数据无效。  	  	volatile的内存原语：  		当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的工作内存置为无效，线程接下来将从主内存中读取共享变量。  		当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的工作内存中的共享变量值刷新到主内存。  	即：  		1将本地内存中的数据设置为无效，    		2从主内存中将数据复制到本地内存中，    		3在本地内存中进行操作，    		4操作完成后将本地内存中的数据刷新到主内存中。整体看起来就像是直接在主内存中操作一样。    		  	  说明：  	用volatile修饰的变量如果被一个线程更改了，那么其它的线程都会立即感知，并且每个线程获取该变量的值都是最新的值，访问volatile修饰的变量看起来就像是直接在内存中读写一样。  	  特性：  	可见性：对一个volatile变量的读，(任意线程)总是能看到对这个volatile变量最后的写入。  	原子性：对一个volatile变量的读/写具有原子性，但类似于volatile++这种复合操作不具有原子性。			    优点：  	不会引起线程上下文的切换    	  volatile与synchronized的比较：  	1)关键字volatile只能修饰变量，synchronized可以修饰代码块、方法  	2)volatile不能保证原子性，synchronized保证原子性：  		volatile可以保证数据的可见性，但是不能保证原子性，所以volatile解决的是变量在多线程之间的可见性；  		synchronized可以保证原子性，也保证了可见性(synchronized会将私有内存和公共内存中的数据做同步)，所以synchronized解决的是多线程之间访问资源的同步性。

重排序：

说明：在执行程序时，为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令做重排序。    重排序分2种类型：    	1)编译器重排序：编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序。  	2)处理器重排序：  		1>指令级并行的重排序：现代处理器采用了指令级并行技术来将多条指令重叠执行。如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序。  		2>内存系统的重排序：  由于处理器使用缓存和读/写缓冲区，这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行。      JMM如何实现volatile写/读的内存语义：    	1)JMM针对编译器制定的volatile重排序规则：  	  		两个操作间重排序的条件：  			1>当第一个操作是volatile读，不管第二个操作是什么，都不能重排序。这个规则确保volatile读之后的操作不会被编译器重排序到volatile读之前。  			2>当第二个操作是volatile写，不管第一个操作是什么，都不能重排序。这个规则确保volatile写之前的操作不会被编译器重排序到volatile写之后。  			3>当第一个操作是volatile写，第二个操作是volatile读时，不能重排序。  		  			由以上3点可以得出结论：两个volatile变量操作不能够进行重排序。  		  	2)为了实现volatile的内存语义，编译器在生成字节码时，会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序。(内存屏障：将前面操作的共享变量值刷新到主内存中。)

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