一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作,但lock操作可以被同一条线程重复执行多次,,多次lock之后必须要执行相同次数的unlock操作,变量才会解锁。
如果对一个对象进行lock操作,那会清空工作内存变量中的值,在执行引擎使用这个变量前,需要重新执行load或assign操作初始化变量的值。
如果一个变量事先没有被lock,就不允许对它进行unlock操作,也不允许去unlock一个被其他线程锁住的变量。
对一个变量执行unlock操作之前,必须将此变量同步回主内存中(执行store、write)。
整个并发编程所遇到的问题可以说是以下三个问题的变种。
原子性问题
由Java内存模型提供的8个原子性操作所支持,Long和Double的读写大部分商业虚拟机上已实现为原子性操作,更大范围的原子性操作,Java内存模型还提供了lock和unlock操作来支持,在字节码层次提供了monitorenter和monitorexit来隐式的使用这两个操作,反映到java代码中就是同步代码块了 synchronize。
可见性问题
由上图主内存与工作内存的关系图可知,线程不与主内存进行直接交互,而是把主内存的实例变量拷贝一份到线程的工作内存中进行操作,然后再同步给主内存。之所以这样做,是因为工作内存大都由高速缓存、寄存器这类比主内存存取速度更快的内存担当,以便弥补CPU速度与主内存存取速度不在一个数量级的差距。
注:当线程操作某个对象时,执行顺序如下:
1 从主存复制变量到当前工作内存(read -> load)
2 执行代码改变共享变量的值(use -> assign)
3 用工作内存的数据刷新主存相关内容(store -> write)
所以单个线程与线程的工作内存之间就有了相互的隔离效果,专业术语称之为“可见性问题”
可见性是指当一个线程修改了共享变量的值,其他线程能够立即得知这个修改,可见性由volatile支持,除了volatile以外,synchronize和final关键字,synchronize的可见性是由”对一个变量执行unlock操作之前,必须先把此变量同步回主内存中“这条规则保证的,而final关键字是指当final修饰的字段在构造函数中一旦初始化完成,并且构造器没有把this的引用传递出去,那在其他线程中就能看见final字段的值,无须同步就能被其他线程正确访问
时序性问题
线程在引用变量时不能直接从主内存引用,如果工作内存中内有该变量,则会从主内存拷贝一个副本到工作内 存中,即read -> load ,完成后线程会引用该副本。当同一个线程再度引用该字段时,有可能重新从主内存获取变量副本(read -> load -> use),也有可能直接引用原来的副本(use),也就是说read、load、use 顺序可以有JVM实现系统决定。这个时候线程与线程之间操作的先后顺序,就会决定你程序对主内存最后的修改是不是正确的,专业术语称之为“时序性问题”。
Java提供了volatile和synchronize两个关键字来保证线程之间操作的有序性,synchronize是由“一个变量在同一时刻只允许一条线成对其进行lock操作”。
在JMM中,如果一个操作执行的结果需要对另一个操作可见,那么这两个操作之间必须要存在happens-before关
系。这里提到的两个操作既可以是在一个线程之内,也可以是在不同线程之间。
与程序员密切相关的happens-before规则如下。
程序顺序规则:一个线程中的每个操作,happens-before于该线程中的任意后续操作。
监视器锁规则:对一个锁的解锁,happens-before于随后对这个锁的加锁。
volatile变量规则:对一个volatile域的写,happens-before于任意后续对这个volatile域的读。
传递性:如果A happens-before B,且B happens-before C,那么A happens-before C。
start()规则:如果线程A执行操作ThreadB.start()(启动线程B),那么A线程的ThreadB.start()操作happens-before于线程B中的任意操作。
join()规则:如果线程A执行操作ThreadB.join()并成功返回,那么线程B中的任意操作happens-before于线程A从ThreadB.join()操作成功返回。
注意
两个操作之间具有happens-before关系,并不意味着前一个操作必须要在后一个操作之前执行!happens-before仅仅要求前一个操作(执行的结果)对后一个操作可见,且前一个操作按顺序排在第二个操作之前(the first is visible to and ordered before the second)。
JMM的happens-before规则不但简单易懂,而且也向程序员提供了足够强的内存可见性保证
本篇总结本篇文章简单分析了下线程的启动方式以及JMM模型,为后面的文章铺垫一下。
下篇预告Java多线程与锁