Java内存模型相关知识总结

【1】CPU和缓存的一致性

我们应该都知道,计算机在执行程序的时候,每条指令都是在CPU中执行的,而执行的时候,又免不了要和数据打交道。而计算机上面的数据,是存放在主存当中的,也就是计算机的物理内存啦。

​ 刚开始,还相安无事的,但是随着CPU技术的发展,CPU的执行速度越来越快。而由于内存的技术并没有太大的变化,所以从内存中读取和写入数据的过程和CPU的执行速度比起来差距就会越来越大,这就导致CPU每次操作内存都要耗费很多等待时间。

​ 所以,人们想出来了一个好的办法,就是在CPU和内存之间增加高速缓存。缓存的概念大家都知道,就是保存一份数据拷贝。他的特点是速度快,内存小,并且昂贵。

那么,程序的执行过程就变成了:

当程序在运行过程中,会将运算需要的数据从主存复制一份到CPU的高速缓存当中,那么CPU进行计算时就可以直接从它的高速缓存读取数据和向其中写入数据,当运算结束之后,再将高速缓存中的数据刷新到主存当中。

​ 在CPU和主存之间增加缓存,在多线程场景下就可能存在缓存一致性问题,也就是说,在多核CPU中,每个核的自己的缓存中,关于同一个数据的缓存内容可能不一致。

【2】处理器优化和指令重排

上面提到在在CPU和主存之间增加缓存,在多线程场景下会存在缓存一致性问题。除了这种情况,还有一种硬件问题也比较重要。那就是为了使处理器内部的运算单元能够尽量的被充分利用,处理器可能会对输入代码进行乱序执行处理。这就是处理器优化。

除了现在很多流行的处理器会对代码进行优化乱序处理,很多编程语言的编译器也会有类似的优化,比如Java虚拟机的即时编译器(JIT)也会做指令重排。

可想而知,如果任由处理器优化和编译器对指令重排的话,就可能导致各种各样的问题。

解决方法:内存屏障

【3】什么是Java内存模型

内存模型

为了保证共享内存的正确性(可见性、有序性、原子性),内存模型定义了共享内存系统中多线程程序读写操作行为的规范。通过这些规则来规范对内存的读写操作,从而保证指令执行的正确性。

Java内存模型(Java Memory Model,JMM)是java虚拟机规范定义的,用来屏蔽掉java程序在各种不同的硬件和操作系统对内存的访问的差异,这样就可以实现java程序在各种不同的平台上都能达到内存访问的一致性。

​ Java内存模型的主要目标是定义程序中变量的访问规则。即在虚拟机中将变量存储到主内存或者将变量从主内存取出这样的底层细节。需要注意的是这里的变量跟我们写java程序中的变量不是完全等同的。这里的变量是指实例字段,静态字段,构成数组对象的元素,但是不包括局部变量和方法参数(因为这是线程私有的)。

Java内存模型中涉及到的概念有:

主内存:java虚拟机规定所有的变量(不是程序中的变量)都必须在主内存中产生。可以与前面说的物理机的主内存相比,只不过物理机的主内存是整个机器的内存,而虚拟机的主内存是虚拟机内存中的一部分。

工作内存:java虚拟机中每个线程都有自己的工作内存,该内存是线程私有的。可以与前面说的高速缓存相比。线程的工作内存保存了线程需要的变量在主内存中的副本。虚拟机规定,线程对主内存变量的修改必须在线程的工作内存中进行,不能直接读写主内存中的变量。不同的线程之间也不能相互访问对方的工作内存。如果线程之间需要传递变量的值,必须通过主内存来作为中介进行传递。

工作内存和主内存的划分和 Java 堆,栈,方法区的划分不同,两者基本没有关系,如果勉强对应,则主内存可理 解为堆中实例数据部分,工作内存则对应栈中部分区域

【4】volatile的内存语义

volatile写的内存语义:

当写一个变量的时候,JMM会把该线程的私有内存中的共享变量值更新到主内存中,并将其他线程中的值置为无效的;

volatile读的内存语义:

当读一个变量的时候,JMM会先判断是否私有空间内的值是否失效,若失效,线程接下来会从主存中读取变量。

【5】锁的内存语义

当线程释放锁时,JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量刷新到主内存中。

当线程获取锁时,JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。从而使得被监视器保护的临界区代码必须要从主内存中去读取共享变量。

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持我们。

(0)

相关推荐

  • 学习Java内存模型JMM心得

    有时候编译器.处理器的优化会导致runtime与我们设想的不一样,为此Java对编译器和处理器做了一些限制,JAVA内存模型(JMM)将这些抽象出来,这样编写代码时就无需考虑那么多底层细节,并保证"只要遵循JMM的规则编写程序,其运行结果一定是正确的". JMM的抽象结构 在Java中,所有的实例.静态变量存储在堆内存中,堆内存是可以在线程间共享的,这部分也称为共享变量.而局部变量.方法定义参数.异常处理参数是在栈中的,栈内存不在线程间共享. 而由于编译器.处理器的优化,会导致共享变量

  • Java 高并发三:Java内存模型和线程安全详解

    网上很多资料在描述Java内存模型的时候,都会介绍有一个主存,然后每个工作线程有自己的工作内存.数据在主存中会有一份,在工作内存中也有一份.工作内存和主存之间会有各种原子操作去进行同步. 下图来源于这篇Blog 但是由于Java版本的不断演变,内存模型也进行了改变.本文只讲述Java内存模型的一些特性,无论是新的内存模型还是旧的内存模型,在明白了这些特性以后,看起来也会更加清晰. 1. 原子性 原子性是指一个操作是不可中断的.即使是在多个线程一起执行的时候,一个操作一旦开始,就不会被其它线程干扰

  • 在Java内存模型中测试并发程序代码

    让我们来看看这段代码: import java.util.BitSet; import java.util.concurrent.CountDownLatch; public class AnExample { public static void main(String[] args) throws Exception { BitSet bs = new BitSet(); CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1); Thread t1 = ne

  • Java内存区域和内存模型讲解

    一.Java内存区域 方法区(公有):用户存储已被虚拟机加载的类信息,常量,静态常量,即时编译器编译后的代码等数据.异常状态 OutOfMemoryError. 堆(公有):是JVM所管理的内存中最大的一块.唯一目的就是存放实例对象,几乎所有的对象实例都在这里分配.Java堆是垃圾收集器管理的主要区域,因此很多时候也被称为"GC堆".异常状态 OutOfMemoryError. 虚拟机栈(线程私有): 描述的是java方法执行的内存模型:每个方法在执行时都会创建一个栈帧,用户存储局部变

  • Java内存模型知识汇总

    为什么要有内存模型 在介绍Java内存模型之前,先来看一下到底什么是计算机内存模型,然后再来看Java内存模型在计算机内存模型的基础上做了哪些事情.要说计算机的内存模型,就要说一下一段古老的历史,看一下为什么要有内存模型. 内存模型,英文名Memory Model,他是一个很老的老古董了.他是与计算机硬件有关的一个概念.那么我先给你介绍下他和硬件到底有啥关系. CPU和缓存一致性 我们应该都知道,计算机在执行程序的时候,每条指令都是在CPU中执行的,而执行的时候,又免不了要和数据打交道.而计算机

  • 浅析Java内存模型与垃圾回收

    1.Java内存模型 Java虚拟机在执行程序时把它管理的内存分为若干数据区域,这些数据区域分布情况如下图所示: 程序计数器:一块较小内存区域,指向当前所执行的字节码.如果线程正在执行一个Java方法,这个计数器记录正在执行的虚拟机字节码指令的地址,如果执行的是Native方法,这个计算器值为空. Java虚拟机栈:线程私有的,其生命周期和线程一致,每个方法执行时都会创建一个栈帧用于存储局部变量表.操作数栈.动态链接.方法出口等信息. 本地方法栈:与虚拟机栈功能类似,只不过虚拟机栈为虚拟机执行J

  • Java内存模型JMM详解

    Java Memory Model简称JMM, 是一系列的Java虚拟机平台对开发者提供的多线程环境下的内存可见性.是否可以重排序等问题的无关具体平台的统一的保证.(可能在术语上与Java运行时内存分布有歧义,后者指堆.方法区.线程栈等内存区域). 并发编程有多种风格,除了CSP(通信顺序进程).Actor等模型外,大家最熟悉的应该是基于线程和锁的共享内存模型了.在多线程编程中,需要注意三类并发问题: ·原子性 ·可见性 ·重排序 原子性涉及到,一个线程执行一个复合操作的时候,其他线程是否能够看

  • Java内存模型相关知识总结

    [1]CPU和缓存的一致性 我们应该都知道,计算机在执行程序的时候,每条指令都是在CPU中执行的,而执行的时候,又免不了要和数据打交道.而计算机上面的数据,是存放在主存当中的,也就是计算机的物理内存啦. ​ 刚开始,还相安无事的,但是随着CPU技术的发展,CPU的执行速度越来越快.而由于内存的技术并没有太大的变化,所以从内存中读取和写入数据的过程和CPU的执行速度比起来差距就会越来越大,这就导致CPU每次操作内存都要耗费很多等待时间. ​ 所以,人们想出来了一个好的办法,就是在CPU和内存之间增

  • JAVA内存空间相关知识汇总

    Java内存分配与管理是Java的核心技术之一,之前我们曾介绍过Java的内存管理与内存泄露以及Java垃圾回收方面的知识,今天我们再次深入Java核心,详细介绍一下Java在内存分配方面的知识.一般Java在内存分配时会涉及到以下区域: ◆寄存器:我们在程序中无法控制 ◆栈:存放基本类型的数据和对象的引用,但对象本身不存放在栈中,而是存放在堆中 ◆堆:存放用new产生的数据 ◆静态域:存放在对象中用static定义的静态成员 ◆常量池:存放常量 ◆非RAM存储:硬盘等永久存储空间 Java内存

  • Java内存模型之重排序的相关知识总结

    一.数据依赖性 如果两个操作访问同一个变量,而且这两个操作中有一个操作为写操作,此时这两个操作之间存在数据依赖性.数据依赖性分为三种,如表所示: 名称 代码示例 说明 写后读 a=1;b=a; 写一个变量后,再读这个位置 写后写 a=1;a=2; 写一个变量后,在写这个变量 读后写 a=b;b=1; 读一个变量后,再写这个变量 上面的这三种情况,只要重排序了两个操作的执行顺序,程序的执行结果就会被改变.编译器和处理器针对单个处理器中执行的指令序列和单个线程中执行的操作重排序时,会遵守数据依赖性,

  • Java内存模型知识详解

    1. 概述 多任务和高并发是衡量一台计算机处理器的能力重要指标之一.一般衡量一个服务器性能的高低好坏,使用每秒事务处理数(Transactions Per Second,TPS)这个指标比较能说明问题,它代表着一秒内服务器平均能响应的请求数,而TPS值与程序的并发能力有着非常密切的关系.在讨论Java内存模型和线程之前,先简单介绍一下硬件的效率与一致性. 2.硬件的效率与一致性 由于计算机的存储设备与处理器的运算能力之间有几个数量级的差距,所以现代计算机系统都不得不加入一层读写速度尽可能接近处理

  • Java内存模型可见性问题相关解析

    这篇文章主要介绍了Java内存模型可见性问题相关解析,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下 前言 之前的文章中讲到,JMM是内存模型规范在Java语言中的体现.JMM保证了在多核CPU多线程编程环境下,对共享变量读写的原子性.可见性和有序性. 本文就具体来讲讲JMM是如何保证共享变量访问的可见性的. 什么是可见性问题 我们从一段简单的代码来看看到底什么是可见性问题. public class VolatileDemo { boolean

  • JVM内存结构相关知识解析

    最近在看< JAVA并发编程实践 >这本书,里面涉及到了 Java 内存模型,通过 Java 内存模型顺理成章的来到的 JVM 内存结构,关于 JVM 内存结构的认知还停留在上大学那会的课堂上,一直没有系统的学习这一块的知识,所以这一次我把< 深入理解Java虚拟机JVM高级特性与最佳实践 >.< Java虚拟机规范 Java SE 8版 >这两本书中关于 JVM 内存结构的部分都看了一遍,算是对 JVM 内存结构有了新的认识.JVM 内存结构是指:Java 虚拟机定义

  • 详细分析Java内存模型

    目录 一.为什么要学习并发编程 二.为什么需要并发编程 三.从物理机中得到启发 四.Java 内存模型 五.原子性 5.1.什么是原子性 5.2.如何保证原子性 六.可见性 6.1.什么是可见性 6.2.如何保证可见性 七.有序性 7.1.什么是有序性 7.2.如何保证有序性 一.为什么要学习并发编程 对于 "我们为什么要学习并发编程?" 这个问题,就好比 "我们为什么要学习政治?" 一样,我们(至少作为学生党是这样)平常很少接触到,然后背了一堆 "正确且

  • Java 内存模型(JMM)

    目录 四.Happens-Before 规则 Java 内存模型 一.什么是 Java 内存模型 Java 内存模型定义如下: 内存模型限制的是共享变量,也就是存储在堆内存中的变量,在 Java 语言中,所有的实例变量.静态变量和数组元素都存储在堆内存之中.而方法参数.异常处理参数这些局部变量存储在方法栈帧之中,因此不会在线程之间共享,不会受到内存模型影响,也不存在内存可见性问题. 通常,在线程之间的通讯方式有共享内存和消息传递两种,很明显,Java 采用的是第一种即共享的内存模型,在共享的内存

  • Java 内存模型(JVM)

    目录 前言 一.什么是 Java 内存模型 二.为什么需要 Java 内存模型 三.顺序一致性内存模型 四.Happens-Before 规则 前言 在并发编程中,当多个线程同时访问同一个共享的可变变量时,会产生不确定的结果,所以要编写线程安全的代码,其本质上是对这些可变的共享变量的访问操作进行管理.导致这种不确定结果的原因就是可见性.有序性和原子性问题,Java 为解决可见性和有序性问题引入了 Java 内存模型,使用互斥方案(其核心实现技术是锁)来解决原子性问题.这篇先来看看解决可见性.有序

随机推荐