07JVM_内存模型和CAS与原子类

一、内存模型

1.java内存模型

Java内存结构是JMM(Java Memory Model)的意思。JMM定义了一套在多线程读写共享数据(成员变量,数组)时,对数据原子性,见性,有序性的规则和保障。

1.1 原子性

什么是原子性?

原子性是指一个操作是不可中断的,即使多个线程一起执行,一个线程一旦开始,就不会被其他线程干扰。

如何保证原子性

synchronized(同步关键字)

synchronized(对象){

  原子操作代码

}

从第一个线程开始,给这个对象加,可以安全执行原子操作代码。其他线程需要排队等候

synchronized解决并发问题

②各种Lock

synchronized 和各种 Lock 可以保证任一时刻只有一个线程访问该代码块,因此可以保障原子性

1.2 可见性

什么是可见性?

可见性是指当多个线程访问同一个变量时,一个线程修改了这个变量的值,其他线程能够立即看得到修改的值。

如何保证可见性

在 Java 中,可以借助synchronized、volatile 以及各种 Lock 实现可见性。如果我们将变量声明为 volatile ,这就指示 JVM,这个变量是共享且不稳定的,每次使用它都到主存中进行读取。

volatile

修饰成员变量和静态成员变量,避免线程从自己的工作缓存查找变量的值,必须到主存获取它的值,线程操作volatile变量都是直接操作主存

1.3有序性

什么是有序性?

①由于指令重排序问题,代码的执行顺序未必就是编写代码时候的顺序。

②指令重排序可以保证串行语义一致,但是没有义务保证多线程间的语义也一致 ,所以在多线程下,指令重排序可能会导致一些问题。

③在Java中,volatile关键字可以禁止指令进行重排序优化

2.happens-before

介绍

happens-before规定哪些写操作对其他线程的读操作可见。是可见性有序性的一套规则。

如何保证

①volatile

②synchronized

二、CAS与原子类

1.CAS无锁并发概述

1.介绍

①CAS全称compare and swap比较并交换

②当多个线程同时操作同一个资源,只能有一个线程操作成功。但是不会阻塞其他线程,其他线程只会收到操作失败的信号。

③CAS是一个乐观锁

补充

乐观锁:认为数据在一般情况下不会产生冲突,所以在数据提交更新的时候,才会对数据是否产生并发冲突进行检测,如果发现并发冲突,则返回错误信息,返回的错误信息可以根据自己的业务进行处理

悲观锁:总是假设最坏的情况,每次在获取共享数据的时候,都认为别人会修改,所以每次都在获取数据的时候加锁。共享资源每次只会给一个线程使用,其他线程阻塞,用完再把资源给其他线程

2.工作流程

读写的内存值V

进行比较的值A

需要写入的新值B

①内存中的原数据V,旧值A,修改的新值B。

比较A与V是否相等

③如果相等,将B写入V(交换)

④返回操作是否成功

3.代码分析

多个线程对一个共享的整型变量执行+1操作

07JVM_内存模型和CAS与原子类_第1张图片

①CAS不加锁,使用while(true)死循环不管尝试/

共享变量是从内存读取的,所以保证变量的可见性。使用volatile修饰

③调用compareAndSwap(旧值,新值)进行比较。

④compareAndSwap操作成功退出循环。

⑤compareAndSwap操作失败,说明其他线程把这个共享变量修改了。需要再次循环读取

注意:

①CAS和volatile结合实现无锁并发,适用竞争不激烈多核CPU(循环重试)

②竞争激烈,重试频繁发生,降低效率

③没有使用用synchronized,线程不会阻塞,提升效率。

4.CAS的缺点

ABA问题,CAS更新操作的时候检查内存值是否变化,没有变化更新内存值。如果原来内存值A,后来变成B,然后再变回A。出现ABA问题,CAS检查没有变化,实际变化了。解决方法就是变量前面加一个版本号,每次更新版本号加1。这样变化成了1A2B3A

②循环时间长,开销大。CAS操作长时间不成功,会导致一直循环。CPU开销大

③只保证一个共享变量的原子操作。对一共享变量执行操作时,CAS能够保证原子操作,但对多个共享变量操作时,CAS无法保证操作的原子性。

2.CAS底层实现

介绍

CAS底层是依赖一个Unsafe直接调用操作系统底层的CAS指令。

调用UnSafe类中的CAS方法,JVM会帮我们实现出CAS汇编指令

部分代码

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {

        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);

}

参数说明

this Unsafe对象

valueOffset 共享变量的地址

expect 旧值

update 新值

如果原子变量中的 value 值等于 expect,则使用 update 值更新该值并返回 true,否则返回 false。

3.原子操作类

juc提供原子操作类,可以提供线程安全的操作。AtomicInteger,AtomicBoolean。底层实现是CAS+volatile实现

你可能感兴趣的:(JVM,jvm,java)