JMM(Java内存模型)

JMM : Java内存模型,不存在的东西,概念!约定! 关于JMM的一些同步的约定: 1. 线程解锁前,必须把共享变量立刻刷回主存。 2. 线程加锁前,必须读取主存中的新值到工作内存中! 3. 加锁和解锁是同一把锁

内存交互操作有8种,虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的,不可在分的(对于double和long类 型的变量来说,load、store、read和write操作在某些平台上允许例外)

内存交互操作   内存交互操作有8种,虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的,不可在分的(对于double和long类型的变量来说,load、store、read和write操作在某些平台上允许例外)

  • lock (锁定):作用于主内存的变量,把一个变量标识为线程独占状态
  • unlock (解锁):作用于主内存的变量,它把一个处于锁定状态的变量释放出来,释放后的变量才可以被其他线程锁定
  • read (读取):作用于主内存变量,它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中,以便随后的load动作使用
  • load (载入):作用于工作内存的变量,它把read操作从主存中变量放入工作内存中
  • use (使用):作用于工作内存中的变量,它把工作内存中的变量传输给执行引擎,每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值,就会使用到这个指令
  • assign (赋值):作用于工作内存中的变量,它把一个从执行引擎中接受到的值放入工作内存的变量副本中
  • store (存储):作用于主内存中的变量,它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中,以便后续的write使用
  • write  (写入):作用于主内存中的变量,它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中

JMM对这八种指令的使用,制定了如下规则:

  • 不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即使用了read必须load,使用了store必须write
  • 不允许线程丢弃他最近的assign操作,即工作变量的数据改变了之后,必须告知主存
  • 不允许一个线程将没有assign的数据从工作内存同步回主内存
  • 一个新的变量必须在主内存中诞生,不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是怼变量实施use、store操作之前,必须经过assign和load操作
  • 一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后,必须执行相同次数的unlock才能解锁
  • 如果对一个变量进行lock操作,会清空所有工作内存中此变量的值,在执行引擎使用这个变量前,必须重新load或assign操作初始化变量的值
  • 如果一个变量没有被lock,就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量
  • 对一个变量进行unlock操作之前,必须把此变量同步回主内存

Volatile

特点:

  1. 保证可见性,即防止多个线程时,有线程操作了主存中的值,但其它线程不知道值被修改过了。
  2. 不保证原子性(可以用原子类解决)
  3. 禁止指令重排

原子类

依旧是JUC包下的类 在这里插入图片描述

测试:

public class VDemo02 {

    // volatile 不保证原子性
    // 原子类的 Integer
    private volatile static AtomicInteger num = new AtomicInteger();

    public static void add(){
        // num++; // 不是一个原子性操作
        num.getAndIncrement(); // AtomicInteger + 1 方法, CAS
    }

    public static void main(String[] args) {

        //理论上num结果应该为 2 万
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            new Thread(()->{
                for (int j = 0; j < 1000 ; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }

        while (Thread.activeCount()>2){ // main  gc
            Thread.yield();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + num);


    }
}

禁止指令重排

使用内存屏障。CPU指令。作用: 1. 保证特定的操作的执行顺序! 2. 可以保证某些变量的内存可见性 (利用这些特性volatile实现了可见性)

在这里插入图片描述

Volatile 是可以保持 可见性。不能保证原子性,由于内存屏障,可以保证避免指令重排的现象产生

单例模式

饿汉式(可能浪费资源)

public class Hungry {

    // 可能会浪费空间
    private byte[] data1 = new byte[1024*1024];
    private byte[] data2 = new byte[1024*1024];
    private byte[] data3 = new byte[1024*1024];
    private byte[] data4 = new byte[1024*1024];

    private Hungry(){

    }

    private final static Hungry HUNGRY = new Hungry();

    public static Hungry getInstance(){
        return HUNGRY;
    }

}

DCL 懒汉式

public class LazyMan {

    private static boolean hcode = false;

    private LazyMan(){
        synchronized (LazyMan.class){
            if (hcode == false){
                hcode= true;
            }else {
                throw new RuntimeException("不要试图使用反射破坏异常");
            }
        }
    }

    private volatile static LazyMan lazyMan;

    // 双重检测锁模式的 懒汉式单例  DCL懒汉式
    public static LazyMan getInstance(){
        if (lazyMan==null){
            synchronized (LazyMan.class){
                if (lazyMan==null){
                    lazyMan = new LazyMan(); // 不是一个原子性操作
                }
            }
        }
        return lazyMan;
    }

    // 反射破坏~
    public static void main(String[] args) throws Exception {
//        LazyMan instance = LazyMan.getInstance();

        Field hcode= LazyMan.class.getDeclaredField("hcode");
        qinjiang.setAccessible(true);

        Constructor<LazyMan> declaredConstructor = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null);
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        LazyMan instance = declaredConstructor.newInstance();

        hcode.set(instance,false);

        LazyMan instance2 = declaredConstructor.newInstance();

        System.out.println(instance);
        System.out.println(instance2);
    }

}

枚举实现懒汉式(安全)

// enum 是一个什么? 本身也是一个Class类
public enum EnumSingle {

    INSTANCE;
    public EnumSingle getInstance(){
        return INSTANCE;
    }

}

CAS

CAS : 比较当前工作内存中的值和主内存中的值,如果这个值是期望的,那么则执行操作!如果不是就 一直循环! 缺点: 1. 循环会耗时 2. 一次性只能保证一个共享变量的原子性 3. ABA问题 (线程操作后又将标志位改回去了)

ABA问题 解决方法

原子引用:使用乐观锁的思想,给CAS加上版本号

public class CASDemo {

    //AtomicStampedReference 注意,如果泛型是一个包装类,注意对象的引用问题

    // 正常在业务操作,这里面比较的都是一个个对象
    static AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(1,1);

    // CAS  compareAndSet : 比较并交换!
    public static void main(String[] args) {

        new Thread(()->{
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp(); // 获得版本号
            System.out.println("a1=>"+stamp);

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            Lock lock = new ReentrantLock(true);

            atomicStampedReference.compareAndSet(1, 2,
                    atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1);

            System.out.println("a2=>"+atomicStampedReference.getStamp());


            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(2, 1,
                    atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1));

            System.out.println("a3=>"+atomicStampedReference.getStamp());

        },"a").start();


        // 乐观锁的原理相同!
        new Thread(()->{
            int stamp = atomicStampedReference.getStamp(); // 获得版本号
            System.out.println("b1=>"+stamp);

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(1, 6,
                    stamp, stamp + 1));

            System.out.println("b2=>"+atomicStampedReference.getStamp());

        },"b").start();

    }
}
Integer 使用了对象缓存机制,默认范围是 -128 ~ 127 ,推荐使用静态工厂方法 valueOf 获取对象实 例,而不是 new,因为 valueOf 使用缓存,而 new 一定会创建新的对象分配新的内存空间;

各种锁

公平锁、非公平锁

  • 公平锁: 非常公平, 不能够插队,必须先来后到!
  • 非公平锁:非常不公平,可以插队 (默认都是非公平锁)消耗时间少的先执行。 ReentrantLock()的添加参数,true为公平锁,默认false为非公平锁

可重入锁

只要拿到类方法的锁,方法里面引用其它方法的锁也就能自动获取到了。

自旋锁

就是while死循环等待版本号标志成立才执行。CAS的底层就是这样的。 在这里插入图片描述 例子:

public class SpinlockDemo {

    // int   0
    // Thread  null
    AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();

    // 加锁
    public void myLock(){
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> mylock");

        // 自旋锁
        while (!atomicReference.compareAndSet(null,thread)){

        }
    }


    // 解锁
    // 加锁
    public void myUnLock(){
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==> myUnlock");
        atomicReference.compareAndSet(thread,null);
    }



}

死锁

死锁就是双方都想获取对方持有的锁,导致程序停滞。 在这里插入图片描述

如何解决死锁

  1. 在当前idea程序执行时,在终端使用 jps -l 定位进程号。
  2. 使用 jstack 进程号 找到死锁问题

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