Java可見性機(jī)制的原理
基本概念
1.可見性
當(dāng)一個(gè)線程修改了共享變量時(shí)，另一個(gè)線程可以讀取到這個(gè)修改后的值。
2.內(nèi)存屏障(Memory Barriers)
處理器的一組指令，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)存操作的順序限制。
3.緩沖行
CPU告訴緩存中可以分配的最小存儲(chǔ)單位，處理器填寫緩存行時(shí)，會(huì)加載整個(gè)緩存行。
4.Lock前綴的指令
Lock前綴的指令在多核處理器下會(huì)發(fā)生兩件事情：
1)將當(dāng)前處理器的緩存行的數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)到系統(tǒng)內(nèi)存。
2)這個(gè)寫回內(nèi)存的操作會(huì)使其他CPU緩存了該內(nèi)存的地址的數(shù)據(jù)無(wú)效。
5.緩存一致性協(xié)議
在多處理器下，為零保證各個(gè)處理器的緩存是一致的，每個(gè)處理器都會(huì)通過(guò)嗅探在總線上傳播的數(shù)據(jù)來(lái)檢查自己緩存的值是不是過(guò)期了。當(dāng)處理器發(fā)現(xiàn)自己緩存行對(duì)應(yīng)的地址被修改，就會(huì)將當(dāng)前處理器的緩存行設(shè)置為無(wú)效狀態(tài)。當(dāng)處理器對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫的時(shí)候，會(huì)重新把數(shù)據(jù)從內(nèi)存中讀取到處理器緩存中。
6.CAS
CompareAndSwap 比較并交換
CAS操作需要輸入兩個(gè)值，一個(gè)舊值(執(zhí)行CAS操作前的值，期望值)和一個(gè)新值，只有當(dāng)當(dāng)前值等于舊值時(shí)，才可以將當(dāng)前值設(shè)置為新值，否則不設(shè)置。這是一個(gè)原子操作，由硬件保證。
7.重排序規(guī)則
從根本上來(lái)所，JMM 對(duì)編譯器和處理器的重排序限制只有一條，只要不改變程序執(zhí)行的結(jié)果(指的是單線程或者正確同步的多線程環(huán)境下)，那么編譯器和處理器怎么優(yōu)化都可以。
Volatile
從上面的Lock前綴指令和緩存一致性協(xié)議可以看出來(lái)，這就是volatile的實(shí)現(xiàn)原理了。
實(shí)際上，valatile變量被寫入時(shí)，確實(shí)加了一個(gè)Lock前綴的指定，以此來(lái)達(dá)到可見性的目的。
final
Final域只能被顯示地賦值一次，但是這并不代表final域不能被多次初始化。
比如：final int i ;i在構(gòu)造函數(shù)中被賦值之前，就會(huì)被初始化為默認(rèn)的值：0.通過(guò)調(diào)試代碼可以證明這一點(diǎn)。
為了保證final域的值不會(huì)在為初始化的情況下被訪問(wèn)到，程序員只需要保證一點(diǎn)即可：即，在構(gòu)造函數(shù)中，正在被構(gòu)造的對(duì)象(this)沒(méi)有“逸出”，那么不需要任何同步手段，就能保證任意線程看到的final域，包括基本類型和引用類型，都是已經(jīng)被正確地通過(guò)構(gòu)造函數(shù)初始化過(guò)了的。
一個(gè)會(huì)是正在被構(gòu)造的對(duì)象逸出的例子：
- public class FinalTest{
- final int i;
- static FinalTest obj;
- public FinalTest(){
- i =1;
- /**
- *這里會(huì)使正在被構(gòu)造的對(duì)象逸出，如果和上一句做了重排序，那么其他線程就可以通過(guò)obj訪問(wèn)到還為被初始化的final域。
- **/
- obj = this;
- }
- }
Happens-Before規(guī)則
happens-before的含義
Happen-Before規(guī)則用來(lái)描述兩個(gè)操作之間的順序關(guān)系，這兩個(gè)操作可以再一個(gè)線程內(nèi)，也可以不再一個(gè)線程內(nèi)。此順序并不嚴(yán)格意味著執(zhí)行時(shí)間上的順序，而是至前一個(gè)操作的結(jié)果要對(duì)后一個(gè)操作可見。
Happens-Before關(guān)系的定義如下：
- 如果一個(gè)happens-before另一個(gè)操作，那么***個(gè)操作的執(zhí)行結(jié)果對(duì)第二個(gè)操作可見，而且***個(gè)操作的執(zhí)行順序排在第二個(gè)操作之前
- 兩個(gè)操作之間存在happens-before關(guān)系，并不意味著Java平臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)必須按照happens-before關(guān)系指定的順序來(lái)執(zhí)行。如果重排序之后的執(zhí)行結(jié)果，與按照happens-before關(guān)系來(lái)執(zhí)行的結(jié)果一致，那么這種重排序并不非法。
舉例來(lái)說(shuō)，如果在程序執(zhí)行順序上，A先于B，并且A修改了共享變量，而B正好使用該共享變量，那么A需要happen-before B，再直白一點(diǎn)，就是A對(duì)共享變量的修改，需要在B執(zhí)行時(shí)，對(duì)B可見。
happens-before規(guī)則
- 程序順序規(guī)則：一個(gè)線程中的每個(gè)操作，happens-before于該線程中的任意后續(xù)操作。
- 監(jiān)視器鎖規(guī)則：對(duì)一個(gè)鎖的解鎖，happens-before于隨后對(duì)這個(gè)鎖的加鎖。
- volatile規(guī)則：對(duì)一個(gè)volatile域的寫，happens-before于任意后續(xù)對(duì)這個(gè)volatile域的讀。
- 傳遞性：如果Ahappens-before B，并且B happens-before C，那么A happens-before C。
- start()規(guī)則：如果線程A執(zhí)行操作ThreadB.start()，那么A線程的ThreadB.start()操作happens-before于線程B中的任意操作。
- join()規(guī)則：如果線程A執(zhí)行操作ThreadB.join()并成功返回，那么線程B的任意操作happens-before于線程A從ThreadB.join()操作成功返回。
對(duì)所有這些規(guī)則的說(shuō)明：Ahappens-before B并不意味著A一定要先在B之前發(fā)生，而是說(shuō)，如果A已經(jīng)發(fā)生在了B前面，那么A的操作結(jié)果一定要對(duì)B可見
