一.谈一下JMM
1.JMM,JavaMemoryModel,Java内存模型。定义了多线程对共享内存读写操作的行为规范,通过规范多线程对共享内存的读写操作,以保证指令执行和结果的正确性。
2.JMM把内存分为两块
(1)主内存:是线程间共享的内存区域,可以被所有线程访问,存储了共享变量的原始副本。
(2)工作内存:是线程的私有区域,每个线程都有一个自己的工作内存,是线程的工作区域,不同线程的工作内存相互独立、相互隔离。
a.线程的工作内存相互隔离,每个线程都只能访问属于自己的工作内存。
b.线程不直接操作主内存的数据,而是将主内存的数据拷贝一份到自己的工作内存中,进行操作,操作完再将数据更新到主内存。
c.线程在自己的工作内存对主内存变量的副本进行修改后,通过CAS操作将其更新到主内存的变量中,其他线程再将主内存变量的最新值更新到自己的副本变量中。不同线程是通过主内存进行交互的。
3.JMM的8个原子操作
(1)read:读取,读取主内存的变量值到工作内存中
(2)load:载入,将从主内存读到的变量值放到工作内存的副本变量中
(3)store:存储,将工作内存的变量值送到主内存中
(4)write:写入,将工作内存送来的变量值写入到主内存的变量中
(5)use:使用,将工作内存的变量值传递给执行引擎,以供其他指令需要
(6)assign:赋值,将从执行引擎获取到的值赋值给工作内存的变量
(7)lock:加锁,将主内存的变量标记为线程独占状态
(8)unlock:解锁,将主内存的变量的加锁状态解除
二.并发编程的三大特征是什么? / 导致并发程序出现问题的根本原因是什么?
1.原子性:一个操作要么全部完成,要么全部都不完成,不会因为上下文切换而导致结果出错。
2.可见性:虽然每个线程只能操作自己工作内存的数据,自己的工作内存对其他线程不可见;但是当一个线程对主内存的共享变量进行更新后,其他线程要能立即知道并更新为最新值。
3.有序性:为了提高运行效率,编译器会对代码进行重排序,cpu也会对指令进行重排序;这种重排序不会影响单线程的执行结果,但会影响多线程并发执行的结果。因此并发编程要能保证重排序之后的有序性,执行结果不会因重排序而出错。
三.JMM如何保证并发编程三大特征? / Java程序中如何保证多线程的执行安全?
1.原子性:synchronized、JUC中的Lock
2.可见性:volatile、synchronized、JUC中的Lock
3.有序性:volatile、synchronized
四.说一下volatile关键字
volatile关键字用于修饰共享变量(类的成员变量和静态成员变量),具有两种作用
1.保证并发编程的可见性
(1)问题1:JVM提供了一个即时编译器JIT,会对代码进行优化。例如while(!stop),stop默认为false。如果当前代码的执行逻辑中没有对stop进行修改,则会将代码优化为while(true),这在单线程下是可行的;但是在多线程中,若有其他线程对stop进行更改,由于代码优化,会导致执行当前代码的线程无法收到其他线程对stop的更改通知,失去了并发编程的可见性。
(2)问题2:若线程在更新主内存的共享变量后,其他线程未及时同步最新值,则其他线程在工作内存中的变量副本就相当于失效了,这也失去了并发编程的可见性。
(3)解决:使用volatile修饰共享变量
a.使用volatile修饰的变量,可以防止JIT对其进行优化
b.使用volatile修饰的变量,会对其读写操作加上属于硬件层面的内存屏障:
对volatile变量执行读操作前,会插入即读屏障,强行使当前工作内存的变量失效,重新去主内存获取变量值
对volatile变量进行写操作后,会插入即写屏障,强行将工作内存的变量最新值更新到主内存中
2.保证并发编程的有序性
(1)问题:编译器为了提高效率会对代码进行重排序,影响了高并发下的执行结果
(2)解决:用volatile修饰的变量,会对其读写操作加上属于JMM层面的内存屏障,保证重排序后的有序性。
LoadBarrier;
volatile读操作; //重排序时,其上所有读操作不能越过屏障排到下面,其下所有写操作不能越过屏障跑到上面
StoreBarrier;
...
StoreBarrier;
volatile写操作; //重排序时,其上所有写操作不能越过屏障排到下面,其下所有读操作不能越过屏障跑到上面
LoadBarrier;