如何掌握Java并發內存模型

本篇內容介紹了“如何掌握Java并發內存模型”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

目錄

• 1、Java內存模型

• 2、硬件內存架構

• 3、實際執行

• 3.1 共享對象可見性

• 3.2 競爭條件
  

Java是一門支持多線程執行的語言，要編寫正確的并發程序，了解Java內存模型是重要前提。而了解硬件內存模型有助于理解程序的執行。

本文主要整理以下內容

• Java內存模型

• 硬件內存架構

• 共享對象可見性

• 競爭條件

1、Java內存模型

Java內存模型最新修訂是在Java5。 JSR-176 羅列了 J2SE5.0 相關發布特性，包含其中的 JSR-133（JavaTM內存模型與線程規范），java虛擬機遵循此規范。延續至今該內存模型在Java8中依然奏效。

JSR 全稱 Java Specification Requests，意為Java標準化技術規范的正式請求。

Java程序運行在虛擬機上（Jvm）。從邏輯角度看，Jvm內存被劃分為線程堆棧和堆。每個線程都擁有自己的堆棧，該線程堆棧存儲的數據不對其它線程可見。堆內存用于存儲共享數據。

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

堆存儲需要共享對象和靜態變量。

注意：對象不一定都會存儲到堆內存。看下面例子，假如果Object對象不需要被其它線程共享，編譯器會執行堆分配轉化為棧分配。

解釋一下，編譯器會根據對象是否逃逸做出優化。優化的其中一項就是堆分配轉化為棧分配，目的在于減輕GC壓力，提升性能。此優化動作由Jvm參數-XX:+DoEscapeAnalysi 進行控制。Java8 默認開啟。

測試：通過開啟或關閉 -XX:+PrintGC -XX:-DoEscapeAnalysis 觀察是否執行GC來判斷對象存儲位置。

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

2、硬件內存架構

如下圖，現代計算機通常都裝有2個或者更多的CPU，CPU又可以是多核。一個CPU包含一組寄存器，每個CPU具有一個高速緩存，而高速緩存又分為L1，L2，L3，L4 不同層級緩存。

RAM為主存儲也就是我們說的計算機內存，所有CPU都可以讀取主存儲。

當CPU讀取主存儲數據時，它會將部分主存儲數據讀入CPU高速緩存中，又將緩存的中一部分讀入寄存器執行，操作結束后，將值從寄存器刷新到高速緩存中，高速緩存在特定的時刻將數據統一刷新到內存中。

3、實際執行

事實上，上面闡述的Java堆棧內存模型是為了理解抽象出來的。實際執行就像下圖一樣，線程棧和堆的數據可能分散到硬件不同的存儲區域。數據分散在不同區域會帶來以下兩個主要問題。

3.1 共享對象可見性

下面場景兩個線程同時操作對象obj.count，其中一個線程對obj.count進行更新，但是對其它線程不可見。

線程A操作obj時，先從主存里拷貝一個數據副本到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，但是數據暫未同步到主存。以此同時線程B也操作obj，拷貝的數據副本仍然為obj.count=1，這會導致程序結果錯誤。

解決此問題，可以使用Java volatile關鍵字。volatile可簡單理解為跳過CPU高速緩存，讓修改結果及時同步到主存，從而保證了其它線程讀到最新值。volatile 后期專門介紹。

3.2 競爭條件

另外一種情況假如果多個線程同時更行obj.count，這時會發生競爭條件。

解決方法，使用Java synchronized 保證線程執行順序，另外synchronized包裹中的所有變量都直接從主存讀取（跳過CPU高速緩存），并且當線程退出synchronized后，所有更新的變量將同步到主存。

“如何掌握Java并發內存模型”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！