JMM的思考

1.多线程本身固有的问题

• 1）竞争问题，例如两个线程同时对同一个内存位置的操作
• 2）顺序问题
  比如生产者当队列满时需要等待，消费者当队列为空时需要等待；
  比如一个线程需要读取另外一个线程设置的值（或者初始化的值）

2.现代计算机系统引入的额外复杂度

• 1）指令重排
  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。
• 2）缓存系统
  对变量的修改还在当前CPU的缓存中，没有刷新到主存，对其他线程不可见。

指令重排和缓存系统都会较大概率产生顺序问题，尤其是涉及到初始化问题。一个线程没有初始化好，另外一个线程就使用。

3.怎样解决这些问题

• 1）初步要求——as-if-serial （重排序）
  不管如何重排序，都必须保证代码在单线程下的运行正确。
  编译器和处理器不会对存在数据依赖关系的操作做重排序，因为这种重排序会改变执行结果。
  在单线程程序中，对存在控制依赖的操作重排序，不会改变执行结果（这也是as-if-serial语义允许对存在控制依赖的操作做重排序的原因）；但在多线程程序中，对存在控制依赖的操作重排序，可能会改变程序的执行结果。

• 2）程序执行时的语义不能被改变（即执行结果不能被改变）—— Happens-Before （重排序）
  用happens-before的概念来阐述操作之间的内存可见性。
  程序顺序规则；monitor锁；volatile；传递性；start；join；中断规则

• 3）内存屏障——禁止特定类型的处理器重排序

• 4）临界区——处理竞争问题

4.总结

从上面的讨论可知，所有的这些措施都只不过是解决多线程并发的两个问题——竞争问题和顺序问题。

• 1）竞争问题可以通过临界区来解决，即锁
• 2）顺序问题 在指令重排序 和 缓存系统 的影响下显得更为突出，Java通过as-if-serial规则保证单线程下执行的正确性，通过Happens-Before保证操作之间的可见性，通过内存屏障禁止掉可能带来顺序问题的重排序。