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Java并發(fā)內(nèi)存模型詳情

更新時(shí)間：2021年10月22日 08:44:37 作者：onlythinking

這篇文章主要介紹了Java并發(fā)內(nèi)存模型，Java是一門支持多線程執(zhí)行的語(yǔ)言，要編寫正確的并發(fā)程序，了解Java內(nèi)存模型是重要前提。而了解硬件內(nèi)存模型有助于理解程序的執(zhí)行，下面文章就來(lái)看看詳細(xì)內(nèi)容吧

1、Java內(nèi)存模型

Java內(nèi)存模型最新修訂是在Java5。 JSR-176 羅列了 J2SE5.0 相關(guān)發(fā)布特性，包含其中的 JSR-133（JavaTM內(nèi)存模型與線程規(guī)范），java虛擬機(jī)遵循此規(guī)范。延續(xù)至今該內(nèi)存模型在Java8中依然奏效。

JSR 全稱 Java Specification Requests，意為Java標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)規(guī)范的正式請(qǐng)求。

Java程序運(yùn)行在虛擬機(jī)上（Jvm）。從邏輯角度看，Jvm內(nèi)存被劃分為線程堆棧和堆。每個(gè)線程都擁有自己的堆棧，該線程堆棧存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不對(duì)其它線程可見。堆內(nèi)存用于存儲(chǔ)共享數(shù)據(jù)。

線程堆棧存儲(chǔ)方法中所有局部變量，包含原始類型（boolean，byte，short，char，int，long， float，double）和對(duì)象引用。

堆存儲(chǔ)需要共享對(duì)象和靜態(tài)變量。

注意：對(duì)象不一定都會(huì)存儲(chǔ)到堆內(nèi)存?？聪旅胬?，假如果Object對(duì)象不需要被其它線程共享，編譯器會(huì)執(zhí)行堆分配轉(zhuǎn)化為棧分配。

解釋一下，編譯器會(huì)根據(jù)對(duì)象是否逃逸做出優(yōu)化。優(yōu)化的其中一項(xiàng)就是堆分配轉(zhuǎn)化為棧分配，目的在于減輕GC壓力，提升性能。此優(yōu)化動(dòng)作由Jvm參數(shù)-XX:+DoEscapeAnalysi 進(jìn)行控制。Java8 默認(rèn)開啟。

測(cè)試：通過(guò)開啟或關(guān)閉 -XX:+PrintGC -XX:-DoEscapeAnalysis 觀察是否執(zhí)行GC來(lái)判斷對(duì)象存儲(chǔ)位置。

public static void main(String[] args){
     for(int i = 0; i < 10000000; i++){
         createObj();
     }
 }
 public static void createObj(){
     new Object();
 }

2、硬件內(nèi)存架構(gòu)

如下圖，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)通常都裝有2個(gè)或者更多的CPU，CPU又可以是多核。一個(gè)CPU包含一組寄存器，每個(gè)CPU具有一個(gè)高速緩存，而高速緩存又分為L(zhǎng)1，L2，L3，L4 不同層級(jí)緩存。

RAM為主存儲(chǔ)也就是我們說(shuō)的計(jì)算機(jī)內(nèi)存，所有CPU都可以讀取主存儲(chǔ)。

當(dāng)CPU讀取主存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)將部分主存儲(chǔ)數(shù)據(jù)讀入CPU高速緩存中，又將緩存的中一部分讀入寄存器執(zhí)行，操作結(jié)束后，將值從寄存器刷新到高速緩存中，高速緩存在特定的時(shí)刻將數(shù)據(jù)統(tǒng)一刷新到內(nèi)存中。

3、實(shí)際執(zhí)行

事實(shí)上，上面闡述的Java堆棧內(nèi)存模型是為了理解抽象出來(lái)的。實(shí)際執(zhí)行就像下圖一樣，線程棧和堆的數(shù)據(jù)可能分散到硬件不同的存儲(chǔ)區(qū)域。數(shù)據(jù)分散在不同區(qū)域會(huì)帶來(lái)以下兩個(gè)主要問(wèn)題。

3.1 共享對(duì)象可見性

下面場(chǎng)景兩個(gè)線程同時(shí)操作對(duì)象obj.count，其中一個(gè)線程對(duì)obj.count進(jìn)行更新，但是對(duì)其它線程不可見。

線程A操作obj時(shí)，先從主存里拷貝一個(gè)數(shù)據(jù)副本到CPU高速緩存，又到寄存器，然后修改obj.count=2后刷新到CPU高速緩存，但是數(shù)據(jù)暫未同步到主存。以此同時(shí)線程B也操作obj，拷貝的數(shù)據(jù)副本仍然為obj.count=1，這會(huì)導(dǎo)致程序結(jié)果錯(cuò)誤。

解決此問(wèn)題，可以使用Java volatile關(guān)鍵字。volatile可簡(jiǎn)單理解為跳過(guò)CPU高速緩存，讓修改結(jié)果及時(shí)同步到主存，從而保證了其它線程讀到最新值。volatile 后期專門介紹。