1.并發(fā)編程模型的分類
并發(fā)編程的兩個關(guān)鍵問題：
- 通信
- 同步
通信機制有兩種：
- 共享內(nèi)存
- 消息傳遞
同步：用于控制不同程序之間操作發(fā)生相對順序的機制。
- 共享內(nèi)存模式里，必須顯式指定某個方法或某段代碼需要在線程間互斥執(zhí)行。
- 消息傳遞的并發(fā)模型里，由于消息的發(fā)送必須在消息接收之前，因此同步是隱式進行的。
Java并發(fā)采用的是共享內(nèi)存模型。
2.Java內(nèi)存模型的抽象
JMM決定一個線程對共享變量的寫入何時對另一個線程可見。
抽象來看，JMM定義了線程和主內(nèi)存之間的抽象關(guān)系：線程之間的共享變量存儲在主內(nèi)存中，每個線程都有一個私有的本地內(nèi)存。本地內(nèi)存指緩存、寄存器以及其他硬件和編譯器的優(yōu)化。
如下兩個步驟實質(zhì)上是線程A向線程B發(fā)送消息，而且這個通信過程必須要經(jīng)過主內(nèi)存。JMM通過控制主內(nèi)存與每個線程的本地內(nèi)存之間的交互，來為Java程序員提供內(nèi)存可見性保證。
3.重排序
三種類型的重排序：
- 編譯器優(yōu)化重排序。前提：不改變單線程程序語義。
- 指令級并行的重排序。前提：不存在數(shù)據(jù)依賴性。
-
內(nèi)存系統(tǒng)的重排序。由于使用了緩沖區(qū)，使得加載、存儲看上去可能是亂序執(zhí)行的。
1屬于編譯器重排序，2、3屬于處理器重排序。
對于編譯器，JMM的編譯器重排序規(guī)則會禁止特定類型的編譯器重排序。
對于處理器重排序，JMM的處理器重排序規(guī)則會要求java編譯器生成指令序列時，插入特定類型的內(nèi)存屏障指令，通過內(nèi)存屏障指令來禁止特定類型的處理器重排序。
4.處理器重排序與內(nèi)存屏障指令
4.1 處理器重排序
寫緩存的優(yōu)點：
- 寫緩沖區(qū)可以保證指令 流水線持續(xù)運行，它可以避免 由于處理器停頓下來等待向內(nèi)存寫入數(shù)據(jù) 而產(chǎn)生的延遲。
- 通過以 批處理的方式刷新寫緩沖區(qū)，以及合并 寫緩沖區(qū)中 對同一內(nèi)存地 址的多次寫，可以減少對內(nèi)存總線占用。
帶來的問題：
- 雖然緩沖區(qū)有這么好處但 每個處 理器上的寫緩沖區(qū)， 僅僅對它所在的處理器可見。這個特性會內(nèi)存操作執(zhí)行順 序產(chǎn)生重要的影響： 處理器對內(nèi)存的讀/寫操作的執(zhí)行 順序 ，不一定與內(nèi)存實際發(fā)生的讀 /寫操作 順序一致！
從內(nèi)存操作實際發(fā)生的順序來看，直到 處理器 A執(zhí)行 A3 來刷新自己的寫緩存區(qū)， 寫操作 A1 才算真正執(zhí)行了。
雖然處理器 A執(zhí)行內(nèi)存操作的順序為： A1 ->A2 ，但內(nèi)存操作實際發(fā)生的順序卻是： A2 ->A1 。此時，處理器 A的內(nèi)存操作順序被重排序了。
總結(jié)如下：
由于寫緩沖區(qū)僅對自己處理器可見 ，它會導致處理器執(zhí)行內(nèi)存操作的順序可能會與內(nèi)存實際 的操作執(zhí)行順序不一致 。
4.2 內(nèi)存屏障
為了保證內(nèi)存可見性， java編譯器在生成指令序列的適當位置指令序列的適當位置會插入內(nèi)存屏障指令來禁止特定類型的處理器重排序。
JMM把內(nèi)存屏障指令分為四類：
StoreLoad Barriers是一個“全能型”的屏障，它同時具有其他三效果。 現(xiàn)代的多處理器大都支持該屏障（其他類型的屏障不一定被所有處理器支持）。 執(zhí)行該屏障開銷會很昂貴 ，因為當前處理器通常要把寫緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)全部刷新到內(nèi)存中 （buffer fully flush）。
5.happens-before
從 JDK5開始， java使用新的JSR -133內(nèi)存模型。
JSR -133 使用happens-before的概念來闡述操作之間的內(nèi)存可見性。 在 JMM中， 如果一個操作執(zhí)行的結(jié)需要對另可見，那 么這兩個操作之間必須要存在 happens-before關(guān)系 。
注意，兩個操作之間具有happens-before關(guān)系，并不意味著前一個操作必須要在后一個操作之前執(zhí)行！
happens-before是最終呈現(xiàn)給程序員的視圖，為了實現(xiàn)這個最終的視圖，需要JMM實現(xiàn)時禁止某些編譯器重排序和處理器的重排序。而這個實現(xiàn)的規(guī)則，是JMM定義的。
一個happens-before規(guī)則對應(yīng)于一個或多個編譯器和處理器重排序規(guī)則。
