Java并发内存模型详情
java
是一门支持多线程执行的语言,要编写正确的并发程序,了解java内存模型是重要前提。而了解硬件内存模型有助于理解程序的执行。
本文主要整理以下内容
- java内存模型
- 硬件内存架构
- 共享对象可见性
- 竞争条件
1、java内存模型
java内存模型最新修订是在java5
。 jsr-176
罗列了 j2se5.0
相关发布特性,包含其中的 jsr-133
(javatm内存模型与线程规范),java虚拟机遵循此规范。延续至今该内存模型在java8中依然奏效。
jsr 全称
java specification requests
,意为java标准化技术规范的正式请求。
java程序运行在虚拟机上(jvm)。从逻辑角度看,jvm内存被划分为线程堆栈和堆。每个线程都拥有自己的堆栈,该线程堆栈存储的数据不对其它线程可见。堆内存用于存储共享数据。
线程堆栈存储方法中所有局部变量,包含原始类型(boolean
,byte
,short
,char
,int
,long
, float
,double
)和对象引用。
堆存储需要共享对象和静态变量。
注意:对象不一定都会存储到堆内存。看下面例子,假如果object对象不需要被其它线程共享,编译器会执行堆分配转化为栈分配。
解释一下,编译器会根据对象是否逃逸做出优化。优化的其中一项就是堆分配转化为栈分配,目的在于减轻gc压力,提升性能。此优化动作由jvm参数-xx:+doescapeanalysi 进行控制。java8 默认开启。
测试:通过开启或关闭 -xx:+printgc -xx:-doescapeanalysis
观察是否执行gc来判断对象存储位置。
public static void main(string[] args){ for(int i = 0; i < 10000000; i++){ createobj(); } } public static void createobj(){ new object(); }
2、硬件内存架构
如下图,现代计算机通常都装有2个或者更多的cpu
,cpu
又可以是多核。一个cpu
包含一组寄存器,每个cpu
具有一个高速缓存,而高速缓存又分为l1,l2,l3,l4 不同层级缓存。
ram
为主存储也就是我们说的计算机内存,所有cpu都可以读取主存储。
当cpu
读取主存储数据时,它会将部分主存储数据读入cpu高速缓存中,又将缓存的中一部分读入寄存器执行,操作结束后,将值从寄存器刷新到高速缓存中,高速缓存在特定的时刻将数据统一刷新到内存中。
3、实际执行
事实上,上面阐述的java
堆栈内存模型是为了理解抽象出来的。实际执行就像下图一样,线程栈和堆的数据可能分散到硬件不同的存储区域。数据分散在不同区域会带来以下两个主要问题。
3.1 共享对象可见性
下面场景两个线程同时操作对象obj.count
,其中一个线程对obj.count
进行更新,但是对其它线程不可见。
线程a操作obj时,先从主存里拷贝一个数据副本到cpu高速缓存,又到寄存器,然后修改obj.count=2
后刷新到cpu高速缓存,但是数据暂未同步到主存。以此同时线程b也操作obj
,拷贝的数据副本仍然为obj.count=1
,这会导致程序结果错误。
解决此问题,可以使用java volatile
关键字。volatile
可简单理解为跳过cpu高速缓存,让修改结果及时同步到主存,从而保证了其它线程读到最新值。volatile
后期专门介绍。
3.2 竞争条件
另外一种情况假如果多个线程同时更行obj.count
,这时会发生竞争条件。
解决方法,使用java synchronized
保证线程执行顺序,另外synchronized
包裹中的所有变量都直接从主存读取(跳过cpu高速缓存),并且当线程退出synchronized
后,所有更新的变量将同步到主存。
总结:
本文记录java内存模型,其中主要内容来源于 jakob jenkov 大神博客。
http://tutorials.jenkov.com/java-concurrency/java-memory-model.html
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