JUC学习笔记——共享模型之内存

Java内存模型

我们首先来介绍一下Java内存模型：

• JMM 即 Java Memory Model，它定义了主存、工作内存抽象概念，底层对应着 CPU 寄存器、缓存、硬件内存、 CPU 指令优化等。

JMM的主要作用如下：

• 计算机硬件底层的内存结构过于复杂
• JMM的意义在于避免程序员直接管理计算机底层内存，用一些关键字synchronized、volatile等可以方便的管理内存。

JMM主要体现在三个方面：

• 原子性 – 保证指令不会受到线程上下文切换的影响 （我们在管程已经介绍过了）
• 可见性 – 保证指令不会受 cpu 缓存的影响
• 有序性 – 保证指令不会受 cpu 指令并行优化的影响

可见性

这一小节我们来介绍可见性

可见性问题

首先我们根据一段代码来体验什么是可视性：

// 我们首先设置一个run运行条件设置为true，在线程t运行1s之后，我们在主线程修改run为false希望停下t线程

static boolean run = true;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t = new Thread(()->{
        while(run){
            // ....
        }
    });
    t.start();
    sleep(1);
    run = false; 
}

// 线程t不会如预想的停下来！

我们进行简单的分析：

1. 初始状态， t 线程刚开始从主内存读取了 run 的值到工作内存。

2. 因为 t 线程要频繁从主内存中读取 run 的值，JIT 编译器会将 run 的值缓存至自己工作内存中的高速缓存中，减少对主存中 run 的访问，提高效率

3. 1 秒之后，main 线程修改了 run 的值，并同步至主存，而 t 是从自己工作内存中的高速缓存中读取这个变量 的值，结果永远是旧值

可见性解决

我们提供两种可见性的解决方法：

1. volatile（易变关键字）

// 它可以用来修饰成员变量和静态成员变量
// 他可以避免线程从自己的工作缓存中查找变量的值，必须到主存中获取它的值，线程操作 volatile 变量都是直接操作主存

// 我们首先设置一个run运行条件设置为true，在线程t运行1s之后，我们在主线程修改run为false希望停下t线程

static volatile boolean run = true;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t = new Thread(()->{
        while(run){
            // ....
        }
    });
    t.start();
    sleep(1);
    run = false; 
}

// 这时程序会停止！

2. synchronized（锁关键字）

// 我们对线程内容进行加锁处理，synchronized内部会自动封装对其主存进行查找

static Object obj = new Object();
static boolean run = true;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t = new Thread(()->{
        synchronized(obj){
                while(run){
                // ....
            }
        }
    });
    t.start();
    sleep(1);
    run = false; 
}

// 这时程序会停止！

可见性解决方法对比

我们对volatile和synchronized两种方法进行简单对比：

• volatile只能保证可见性和有序性，synchronized可以保证可见性，有序性和原子性
• volatile属于轻量级操作，synchronized属于重量级操作；前者的各部分消耗量较少，性能较高

我们在这里介绍一下为什么synchronized能进行可见性问题解决：

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