Java线程内存模型-JVM-底层原理

标签: Java线程内存模型-JVM-底层原理  进程和线程  java  多线程  编程语言

Java线程内存模型

public class Demo1 {
    private static boolean initFlag=false;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("waiting data......");
                while (!initFlag)
                {

                }
                System.out.println("====================");
            }
        }).start();
        Thread.sleep(2000);
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                prepareData();
            }
        }).start();
    }
    public static void prepareData()
    {
        System.out.println("prepare data.....");
        initFlag=true;
        System.out.println("prepare data end....");
    }
}

运行结果如下:线程1未结束,但打印的数据可能与你想的不一样,我们一般会这样想:当线程1由于while(! initFlag)而陷入死循环,则线程1就一直停在那里,然后线程2在运行时将initFlag的值改为true,那么while(! initFlag)不应该不满足条件而跳出吗,然后不应该把system.out.prinltln("=============")打印出来吗
其实这样想是不对的,当理解了底层原理之后你就明白了
在这里插入图片描述
分析如下:
一、首先先了解几个JVM数据原子操作
*read(读取):从主内存中读取数据
*load(载入):将内存读取到的数据写入工作内存
*use(使用):从工作内存读取数据来计算
*assign(赋值):将计算好的值重新赋值给工作内存中的变量
*store(存储):将工作内存数据写入到主内存
*write(写入):将store过去的变量值赋值给主内存中的变量
*lock(锁定):将主内存变量加锁,标识为线程独占状态
*unlock(解锁):将主内存变量解锁,解锁后其他线程可以锁定该变量
二、在这里插入图片描述

底层原理:
Java线程线程内存模型和cpu缓存模型类似;
1、代码储存在主内存,然后运行程序,线程启动,之后JVM通过read将initFlag变量读取出来,再通过load将initFlag=false加载到工作内存中的共享变量副本中
2、cpu 调用数据来计算,由于线程1运行的是while(!initFlag),则陷入循环,线程1就一直停在那个地方
3、接着看线程2,由于从主内存到工作内存一致,就不再多说,然后cpu会调用数据来计算,由于线程2的计算是将initFlag变为true,则cpu会调用assign将计算好的initFlag=true重新赋值给工作内存中的变量
4.线程2由于工作内存数据改变,则将通过store将数据写入到主内存中,但此时主内存中的变量值还未改变,还要通过write将store过去的变量值赋值给主内存中的变量,此时程序基本结束
三、但是这样的话线程1就不会结束,就不会实现并发,那么该怎么操作呢。
这时我们要在代码中添加volatile关键字,也就是代码开头类的属性private static volatile boolean initFlag=false;当加入了volatile关键字之后,结果如下
在这里插入图片描述
这说明了线程1结束了,也就是线程1中的initFlag的值变为了true,这是什么原因呢?
其实源于总线(MESI缓存一致性协议),当线程2工作内存中的共享变量变为true时,由于volatile的存在,原子操作中的lock会迅速将该变量通过store和write写入到主内存,此时主内存中的initFlag的值已经变为true,然后我们要来理解一下MESI缓存一致性协议:就是cpu使用总线嗅探机制对使用store经过总线的数据进行监视(总线就是Java线程内存模型中绿色包括的,总线相当于你打开台式计算机的后盖,然后会发现一排一排的线,然后它连接着cpu、主内存等,当然cpu上的主板也存在),线程2:lock锁将initFlag=true使用store写入主内存时,这时使用了store并经过总线,此时线程1,通过cpu总线嗅探机制以及发现initFlag发生改变,则会使线程1中的工作内存中的变量失效,当失效之后,就会重新从主内存中读取数据,之后cpu再use工作内存中的initFlag=true数据,再则cpu计算while(!initFlag)时就会跳出循环,然后线程1就会结束,此时system.out.println("============")就会打印出来。
至此,volatile的功能就显而易见了:调用lock锁迅速将改变的数据写入到主内存中,其间使用了store,则会启动MESI缓存一致性协议(使用cpu嗅探机制对使用store通过总线的数据进行监视)
四、然后你是否会有这样的疑问:如果我不使用volatile关键字,那线程2的工作内存中的数据改变之后依旧会使用store和write写入到主内存中呀,依旧经过了总线,那么volatile还有什么用,lock锁还有什么用呢,直接去掉不就好了吗?当然我们来看一下原因:
原因1:如果不使用volatile中的lock,那么在你线程2工作内存中的数据改变时,它不一定会迅速将改变的数据写入到主内存中,如果这个线程2还有其他复杂的步骤,那么肯定会有很大影响。
原因2:如果没有lock,那么当你将改变线程2中工作内存中的数据时,使用store通过了总线,此时cpu嗅探机制发现数据改变了,然后就会令线程1中工作内存中的数据失效,然后重新从主内存中读取,就在此时问题来了,你线程2没有迅速将改变的数据写入到主内存中,我们知道主内存中的数据改变要经过store和write,如果线程1在你线程2将数据赋值给主内存之前就已经重新读取了数据,那么此时读取的还是initFlag=false,那么线程2依旧还是没有停下来,这只是两个线程,如果是很多线程,那么就可能会引发并发问题。或者是两个线程都改变数据,那么如果不加使用lock前缀指令,那同时写入主内存就会引发并发问题
五:注意
以前的计算机是利用lock锁将线程上锁,必须等待这个线程结束后,然后其他线程才能继续运行,然后你会发现这将并发变成了一串串,这样的效率肯定很低,全程上锁肯定效率极低
而以上我所说的lock锁的迅速是为了方便理解,它是将数据从write->主内存上锁,由于主内存变量的赋值超级快,所以这个时间可以忽略不记

版权声明:本文为Kevinnsm原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接:https://blog.csdn.net/Kevinnsm/article/details/107264078