07 JMM

1 JMM基础

• 线程之间如何通信及线程之间如何同步
  • 共享内存 java
    • 线程之间共享程序的公共状态，通过写-读内存中的公共状态进行隐式通信
    • 同步是显式进行的。程序员必须显式指定某个方法或某段代码需要在线程之间互斥执行
  • 消息传递
    • 线程之间必须通过发送消息来显式进行通信
    • 同步是隐式进行的

1.1 从源代码到指令序列的重排序

• 在执行程序时，为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令做重排序

• 重排序分3种类型

  • 编译器优化的重排序
    • 编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序
  • 指令级并行的重排序
    • 代处理器采用了指令级并行技术（Instruction-Level Parallelism，ILP）来将多条指令重叠执行。如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序。
  • 内存系统的重排序
    • 由于处理器使用缓存和读/写缓冲区，这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行。
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  • 图1 编译器重排序
  • 图2，3 处理器重排序
    • 可能导致多线程程序出现内存可见性问题
      • JMM处理器重排序规则要求java编译器在生产指令序列时，插入特定类型的内存屏障指令
      • 通过内存屏障禁止特点类型 处理器重排序。

• JMM把内存屏障指令分为4类

  • image.png
    • StoreLoad Barriers，同时具有其他3个屏障的效果
    • 执行该屏障开销会很昂贵，因为当前处理器通常要把写缓冲区中的数据全部刷新到内存中

1.2 happens-before

• 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

与程序员密切相关happens-before规则

• 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。
• 线程的启动操作（即 Thread.starts()） happens-before 该线程的第一个操作
• 线程的最后一个操作 happens-before 它的终止事件（即其他线程通过 Thread.isAlive() 或 Thread.join() 判断该线程是否中止）
• 线程对其他线程的中断操作 happens-before 被中断线程所收到的中断事件（即被中断线程的 InterruptedException 异常，或者第三个线程针对被中断线程的 Thread.interrupted 或者 Thread.isInterrupted 调用）。
• 构造器中的最后一个操作 happens-before 析构器的第一个操作。

1.3 as-if-serial

• 不管怎么重排序（编译器和处理器为了提高并行度），（单线程）程序的执行结果不能被改变
  • 编译器、runtime和处理器都必须遵守as-if-serial语义

java并发编程的艺术