多线程－JMM从底层解决线程安全

一：什么是JMM

  从字面上理解JMM(Java Memory model)就是java定义了一个底层内存操作的一个抽象。

  当多线程同时对共享变量进行操作时，会存在原子性，可见性，有序性问题。JMM抽象定义了每个线程有自己的本地内存，共享变量存在主内存中，JMM通过控制主内存与线程的本地内存的交互来保证线程之间的可见性。

  通过抽象JMM可以让程序员使用JMM定义的规则合理的按需禁用缓存、编译器优化，从源头上解决可见性、重排序问题。

 

二：如何理解JMM

  JMM可以从源头上解决可见性、重排序问题，而它的核心部分就是happens-before与as-if-serial规则，只要充分理解happens-before，程序员就能理解透并发编程中的可见性问题，只要充分理解as-if-serial，程序员就能理解透并发编程中的重排序问题。

 

2.1:happens-before吃透可见性问题

 happens-before规则是用来描述操作之间的内存可见性问题，在JMM里，如果一个操作对另外一个操作可见，两个操作之间就必须要保证happens-before关系，这里提到的两个操作可以是在一个线程内，也可以是不同线程中。

 做了这么多铺垫，我们来看看happens-before规则到底是什么，其实很简单，总共只有7条规则，和一个特性。（再强调一次：两个操作具有happens-before规则不意味前一个操作再另一个操作之前执行，而是前一操作对另一操作可见，且前一操作顺序排在第二个操作之前）

 

2.1.1：七个规则

   1、程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happens-before该线程中的任意后续操作。

   2、监视器锁规则（涉及Java中的关键字其实就是synchronized）:对一个锁的解锁，happens-before随后对这个锁的加锁。

   3、volatile规则：对一个volatile变量的写，happens-before于任意后续对这个volatile变量的读。

   4、线程启动规则：Thread对象的start()方法happens-before于此线程的每一个动作。

   5、线程终止规则：线程中所有操作都happens-before对此线程的终止操作。

   6、线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用happens-before于被中断线程的代码检测到中断事件的发生。

   7、对象终结规则：一个对象的初始化happens-before它的finalize()方法的开始。

2.1.2:一个特性

   这条规则是指如果 A happens-before B，且 B happens-before C，那么 A happens-before C。

 

2.2:as-if-serial吃透重排序问题

   as-if-serial语义规定在单线程中无论怎么重排序，程序的执行结果不能被改变。因为两个操作存在数据依赖as-if-serial会禁止重排序。

如果上表这三种情况出现重排序时，会改变执行结果。

2.3:上代码实践

int a=0;
boolean flag=false;

public void write(){
//1 a=2;
//2 flag=true;
}

public void read(){
//3 if(flag){
//4 System.out.println(a);
}
}

 启动线程a和线程b,线程a执行write,然后线程b执行read(),由于操作1，2没有依赖性，当1，2进行重排序,此时线程b看不到a的改变。

int a=0;
volatile boolean flag=false;

public void write(){
//1 a=2;
//2 flag=true;
}

public void read(){
//3 if(flag){
//4 System.out.println(a);
}

根据happens-before 程序次序规则，1 happens-before 2;3 happens-before 4。

根据happens-before volatile规则 ，2 happens-before 3

根据happens-before 传递下特性 ，此时可以推断出 1 happens-before 4

当使用volatile关键字，此时happens-before规则向程序员保证 b一定可以看到a线程写数据的操作，在使用多线程时就不会留下安全隐患。

三：总结

   通过以上案例，可以发现我们只要理解透JMM,对以后并发编程出现的问题就可以通过推导判断。而JMM底层实现，是通过内存屏障(memory barrier)禁止重排序实现的，如果对这块感兴趣后面文章会讲解。