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來源於公眾號御姐聊IT ， 作者御姐 並發編程這一塊內容，是高級資深工程師必備知識點，25K起如果不懂並發編程，那基本到頂。但是並發編程內容龐雜，如何系統學習？本專題將會系統講解並發編程的所有知識點，包括但不限於： 線程通信機制，深入JMM內存模型原理，深入synchronized原理，深入volatile原理，DCL，詳解AQS,CAS,可重入鎖，讀寫鎖原理，詳解並發工具類，深入理解threadLocal，Fork、Join，原子類詳解，Java並發集合詳解（ConcurrentHashMap，ConcurrentLinedQueue，ConcurrentListMap等），阻塞隊列深入探究，深入線程池原理及其設計思想。 本文為深入理解java內存模型。 零、全文思維導圖 主線如上圖紅色箭頭，大家可以先看看整體講的是什麼。java內存模型前面是鋪墊，後面是相關內容。 ... 註：需要完整全套高清思維導圖的，關注本公眾號：【御姐聊IT】，後臺回復【腦圖】即可。 一、引出java內存模型（不做重點講解） ... 二、那什麼才會用到java內存模型？ 共享變量（實例域，靜態域，數組元素）才會用到。 局部變量，方法定義參數等不會在線程間共享，所以他們不會有內存可見性問題，也不受內存模型影響 三、java內存模型抽象示意圖 Java內存模型簡稱JMM（Java Memory Model），是Java虛擬機所定義的一種抽象規範，用來屏蔽不同硬體和作業系統的內存訪問差異，讓java程序在各種平臺下都能達到一致的內存訪問效果。 ... 3.1 主內存（Main Memory） 主內存可以簡單理解為計算機當中的內存，但又不完全等同。主內存被所有的線程所共享，對於一個共享變量（比如靜態變量，或是堆內存中的實例）來說，主內存當中存儲了它的「本尊」。 3.2 本地內存（Working Memory） 本地內存可以簡單理解為計算機當中的CPU高速緩存，但又不完全等同。每一個線程擁有自己的工作內存，對於一個共享變量來說，工作內存當中存儲了它的「副本」。為啥有本地內存這個概念？因為直接操作主內存太慢了 通過一系列內存讀寫的操作指令（JVM內存模型共定義了8種內存操作指令，以後會細講），線程A把靜態變量 s=0 從主內存讀到工作內存，再把 s=3 的更新結果同步到主內存當中。從單線程的角度來看，這個過程沒有任何問題。 四、指令重排序 理解重排序前這個概念前，我們先轉換場景，從java內存模型走出來，來到硬體CPU這個維度。 4.1基本概念： 在執行程序時為了提高性能，編譯器和處理器常常會對指令做重排序（簡單理解就是原本我們寫的代碼指令執行順序應該是A→B→C，但是現在的CPU都是多核CPU，為了秀下優越，為了提高並行度，為了提高性能等，可能會出現指令順序變為B→A→C等其他情況）。 當然CPU們也不是隨便就去重排序，需要滿足以下兩個條件（遵循的規則）： 1. 在單線程環境下不能改變程序運行的結果； 2. 存在數據依賴關係的不允許重排序 4.2重排序分三類： 1、編譯器優化的重排序。編譯器在不改變單線程程序語義的前提下，可以重新安排語句的執行順序。 2、指令級並行的重排序。現代處理器採用了指令級並行技術來將多條指令重疊執行。如果不存在數據依賴性，處理器可以改變語句對應機器指令的執行順序。 3、內存系統的重排序。由於處理器使用緩存和讀／寫緩衝區，這使得加載和存儲操作看上去可能是在亂序執行。 從 Java 原始碼到最終實際執行的指令序列，會分別經歷下面三種重排序： ... （該圖來自zhisheng的博客） 那麼重排序會遵循什麼樣的規則？ 五、as-if-serial 5.1as-if-serial語義的意思是： 不管怎麼重排序，（單線程）程序的執行結果不能被改變。編譯器，runtime和處理器都必須遵守as-if-serial語義。OK，這就相當於給CPU們定下規則。不要隨便重排序。要滿足我這個as-if-serial的前置條件，才能重排序。 5.2as-if-serial語義把單線程程序保護了起來，遵守as-if-serial語義的編譯器，runtime和處理器共同為編寫單線程程序的程式設計師創建了一個幻覺：單線程程序是按程序的順序來執行的。as-if-serial語義使程式設計師不必擔心單線程中重排序的問題干擾他們，也無需擔心內存可見性問題。 注意：as-if-serial只保證單線程環境，多線程環境下無效。那多線程，並發編程下怎麼辦？ 六、多線程下導致的問題及解決辦法 上面的這些重排序都可能導致多線程程序出現內存可見性問題，JMM那麼如何解決？ l 對於編譯器重排序，JMM 的編譯器重排序規則會禁止特定類型的編譯器重排序（不是所有的編譯器重排序都要禁止）。 l 對於處理器重排序，JMM 的處理器重排序規則會要求 Java 編譯器在生成指令序列時，插入特定類型的內存屏障指令，通過內存屏障指令來禁止特定類型的處理器重排序（不是所有的處理器重排序都要禁止）。 JMM屬於語言級的內存模型，它確保在不同的編譯器和不同的處理器平臺之上，通過禁止特定類型的編譯器重排序和處理器重排序，為程式設計師提供一致的內存可見性保證。 七、什麼是內存屏障？ 7.1 內存屏障（Memory Barrier）是一種CPU指令『。 內存屏障也稱為內存柵欄或柵欄指令，是一種屏障指令，它使CPU或編譯器對屏障指令之前和之後發出的內存操作執行一個排序約束。 7.2 實際運用場景： volatile便是基於內存屏障實現的。 觀察加入volatile關鍵字和沒有加入volatile關鍵字時所生成的彙編代碼發現，加入volatile關鍵字時，會多出一個lock前綴指令。這個指令就相當於一個內存屏障。具體表現為： l 當寫一個volatile 變量時，JMM 會把該線程對應的本地內存中的共享變量值立即刷新到主內存中。 l 當讀一個volatile 變量時，JMM 會把該線程對應的本地內存設置為無效，直接從主內存中讀取共享變量 從而保證了，如果某個線程對volatile修飾的共享變量進行更新，那麼其他線程可以立馬看到這個更新，這就是所謂的線程可見性。 （注，關於volatile會在後面單章講解，這裡不過於贅婿） 八、happens-before原則 從jdk5開始，java使用新的JSR-133內存模型，基於happens-before的概念來闡述操作之間的內存可見性。 換句話說，在JMM中，如果一個操作執行的結果需要對另一個操作可見，那麼這兩個操作之間必須存在happens-before關係。 happens-before原則是JMM中非常重要的原則，它是判斷數據是否存在競爭、線程是否安全的主要依據，保證了多線程環境下的可見性。 這個的兩個操作既可以在同一個線程，也可以在不同的兩個線程中。 摘錄一些happens-before規則如下： 1、程序順序規則：一個線程中的每個操作，happens-before於該線程中任意的後續操作。 2、監視器鎖規則：對一個鎖的解鎖操作，happens-before於隨後對這個鎖的加鎖操作。 3、volatile域規則：對一個volatile域的寫操作，happens-before於任意線程後續對這個volatile域的讀。 4、傳遞性規則：如果 A happens-before B，且 B happens-before C，那麼A happens-before C。 注意：兩個操作之間具有happens-before關係，並不意味前一個操作必須要在後一個操作之前執行！僅僅要求前一個操作的執行結果，對於後一個操作是可見的，且前一個操作按順序排在後一個操作之前。 那麼說了那麼多規則，來看看happens-before與JMM的關係 ... （來自書籍：並發編程的藝術） 九、as-if-serial和happens-before小結 l as-if-serial語義保證單線程內程序的執行結果不被改變 l happens-before關係保證正確同步的多線程程序的執行結果不被改變。 l 其實都是為了在不改變程序執行結果的前提下，儘可能地提高程序執行的並行度。 十、扯了那麼久，這幾者如何理解？結論： l 重排序是多核CPU等為了性能進行的優化操作，但會導致可見性等問題。為了解決這些問題，所以JMM需要制定一些規則，不讓其隨意重排序。 l as-if-serial只保證單線程環境的不可隨意重排序，那麼多線程下呢？ l 所以有了happens-before原則，其是JMM(JSR-133內存模型)的規範之一。 l 內存屏障是CPU指令。 l 所以說，happens-before是JMM制定的最終目的，內存屏障則是實現happens-before的具體手段。 ...

文章來源取自於：

每日頭條 https://kknews.cc/tech/pbmbo42.html

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