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内存模型的学习与应用是每一位Java编程开发程序员都需要熟练掌握的一个编程知识点,而本文我们就简单来了解一下,Java编程内存类型与交互方式。
1、主内存与工作内存
Java内存模型的主要目标是定义程序中各个变量的访问规则,即在虚拟机中将变量存储到内存和从内存中取出变量这样的底层细节。此处的变量包括实例变量、静态字段和构成数组对象的元素,但不包括局部变量与方法参数,因为局部变量与方法参数是线程私有的,不会被共享,不会存在竞争问题。
Java内存模型规定了所有变量都存储在主内存中。每条线程还有自己的工作内存,线程的工作内存中保存了被该线程使用到的变量的主内存副本拷贝,线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行,而不能直接读写主内存中的变量。不同线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量,线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成。
2、内存间交互操作
主内存与工作内存之间具体的交互协议,即一个变量如何从主内存拷贝到工作内存、如何从工作内存同步回主内存之类的实现细节,Java内存模型中定义了8种操作来完成,虚拟机实现时必须保证每一种操作都是原子的、不可再分的。8种操作如下:
lock(锁定)
作用于主内存的变量,把一个变量标识为一条线程独占状态。
unlock(解锁)
作用于主内存的变量,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)
作用于主内存的变量,把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存,以便随后的load操作使用。
load(载入)
作用于工作内存的变量,把read操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中。
use(使用)
作用于工作内存的变量,把工作内存中一个变量的值传递给执行引擎,每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值的字节码指令时将会执行这个操作。
assign(赋值)
作用于工作内存的变量,把一个从执行引擎接收到的值赋给工作内存的变量,每当虚拟机遇到一个给变量赋值的字节码指令时执行这个操作。
store(存储)
作用于工作内存的变量,把工作内存中一个变量的值传递到主内存中,以便随后的write操作使用。
write(写入)
作用于主内存的变量,把store操作从工作内存中得到的变量值放入主内存的变量中。
Java内存模型规定在执行上面的8种基本操作时必须满足下面的规则:
不允许read和load、store和write操作之一单独出现,即不允许一个变量从主内存读取了但工作内存不接受,或者从工作内存发起了回写但主内存不接受的情况出现。
不允许一个线程丢弃它的近的assign操作,即变量在工作内存中改变了之后必须把改变化同步会主内存。
不允许一个线程无原因地把数据从线程的工作内存同步回主内存中。
一个新的变量只能只能在主内存中“诞生”,不允许在工作内存中直接使用一个未被初始化的变量,也就是对一个变量实施use、store操作之前,必须要先执行过了assign和load操作。
一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行lock操作,但lock操作可以被同一条线程重复执行多次,多次执行lock后,只有执行相同次数的unlock操作,变量才会被解锁。
如果对一个变量执行lock操作,那将会清空工作内存中此变量的值,在执行引擎使用这个变量前,需要重新执行load或者assign操作初始化变量的值。
如果一个变量事先没有被lock操作锁定,那就不允许对它执行unlock操作,也不允许去unlock一个被其他线程锁定的变量。
对一个变量执行unlock操作之前,必须先把此变量同步回主内存中。
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