划田下之大稽
划田下之大稽
3月前 · 2 人阅读

线程对变量的修改都是在工作内存中进行的,那工作内存与主存之间的交互是如何进行的?

1. 8个原子操作

  1. lock(锁定): 作用于主内存变量,它把一个变量标识为一条线程独占的状态;
  2. unlock(解锁):作用于主内存变量,它把一个被线程独占的变量释放出来,以便其他线程对其进行lock;
  3. read(读取):作用于主内存变量,它把一个变量的值从主存传输到工作内存中,以便随后的load操作使用;
  4. load(载入):作用于工作内存,它把read操作从主内存中得到的变量值放入工作内存中的变量副本中;
  5. use(使用):作用于工作内存,它把一个变量的值传递给执行引擎,每当虚拟机遇到需要使用变量的值的字节码指令时就会执行此操作;
  6. assign(赋值):作用于工作内存,它把从执行引擎接收到的值赋值给工作内存中的变量副本,每当虚拟机遇到一个为变量赋值的字节码指令时就会执行此操作;
  7. store(存储):作用于工作内存,它把工作内存中的一个变量的值传输到主内存,以便随后的write操作;
  8. write(写入):作用于主内存变量,把store操作从工作内存中得到的值放入主内存变量中。

volatile

应用例子:DCL单例模式

3.原子性,可见性和有序性

  1. 原子性:由Java内存模型直接保证的原子性操作包括read、load、use、assign、store、write,基本可以认为基本数据类型的读写都具有原子性,例外的有64位的long和double,但现在商用虚拟机这两个也是原子性操作。如果需要更大范围的原子性操作,Java内存模型还提供的lock和unlock来满足这种需求,尽管虚拟机并未把lock和unlock这两个指令开放给用户,但却提供了更高层次的字节码指令 monitorenter 和 monitorexit 来隐式实现这两个操作,反映到Java层就是 synchronized 关键字,所以 synchronized 语句块是具有原子性的。
  2. 可见性:指的是一个线程修改了共享变量的值,其他线程能立即得知这个值的改变--volatile、final、Immutable 。
  3. 有序性:线程内部表现为串行的有序操作,但从其他线程的角度看就是无序的--volatile 和 synchronized来保证有序性,volatile 是通过禁止指令重排序,而synchronized则是由“一个变量同一时间只能有一个线程对其进行lock操作”来获得。

4. 线程的实现

  1. 使用内核线程实现

用户进程通过使用内核提供的轻量级进程(Light Weight Process,LWP)与内核线程一一对应。

  • 由于基于内核线程实现的,所以对线程的操作都需要系统调用,在用户态和内核态之间切换成本较高;
  • 轻量级进程需要消耗一定的内核资源,所以轻量级进程的数量是有限的。
  1. 使用用户线程实现


这种线程完全建立在用户空间上,对线程的建立、同步、销毁和调度都在用户空间完成,不需要内核的帮助,用户进程与线程是1:N的关系。

  • 优点:不需要切换用户态和内核态,速度更快,也可以拥有更大数量的线程数量。
  • 缺点:由于系统只将CPU资源分配到进程,诸如“阻塞如何处理”、“多核处理器如何将线程映射到其他处理器上”这类问题解决起来异常困难,甚至是不可能完成的。

note: 现在使用这种方式的很少了。

  1. 用户线程加轻量级进程混合实现


用户线程仍然完全建立在用户空间,使得用户线程的创建、调度、桥构操作变得较轻,同时并发支持的用户线程数量更多。操作系统提供的轻量级进程作为用户线程和内核线程的桥梁,这样可以使用内核提供的线程调度功能以及处理器映射,并且用户线程进行系统调用需要通过轻量级进程来完成,降低了整个进程阻塞的风险。用户线程与轻量级进程的是 N:M 的多对多关系。

5.Java线程的实现

JDK1.2以前,是基于“绿色线程”的用户线程实现的,而在JDK1.2中,线程模型替换为基于操作系统的原生线程模型来实现。因此,在目前的JDK版本中,操作系统支持怎么的线程模型,很大程度上决定了虚拟机的线程是怎样映射的,这点在不同的平台没有办法达成一致。对于Sun JDK来说,对于Windows和Linux平台是采用一对一的线程模型实现的,一条用户线程映射到一条轻量级进程中。

6.Java线程调度

协同式:线程自己决定什么时候让出CUP资源,早期的Windows,风险很大,容易阻塞。
抢占式:每个线程的执行时间由系统分配,线程状态的切换不由线程自身决定(可以自己放弃,Thread.yield())。

线程优先级:Java线程对应10个优先级,同样处于Runable状态的两个线程,优先级高的线程可能会得到更多的执行时间,但这不是绝对的,所以不要依赖线程优先级来处理执行先后问题。一方面原因是,具体的操作系统可能并没有设置10个优先级(例如只有6个),这就导致在Java中设置为不同的优先级,映射到操作系统中是同一个优先级;另外一些原因,比如Windows下的优先级推进器。

7.线程的状态转换

  1. 新建态(New):新建但尚未启动的线程;
  2. 运行(Runable):正在运行或处于就绪态(Ready);
  3. 无限等待(waitting):处于这种状态的线程不会分配CPU时间,需要等待其他线程对其唤醒,以下方法会让线程进入这个状态:
  • 没有设置TimeOut参数的Object.wait();
  • 没有设置TimeOut参数的Thread.join();
  • LockSupport.park();
  1. 期限等待(Timed waitting): 处于这种状态的线程不会分配CPU时间,不过无需等待其他线程的唤醒,它会在等待一段时间后有系统自动唤醒,以下方法会导致线程进入该状态;
  • Thread.sleep();
  • 设置了TimeOut参数的Object.wait();
  • 设置了TimeOut参数的Thread.join();
  • LockSupport.parkNanos();
  • LockSupport.parkUntil();
  1. 阻塞(Blocking):线程被阻塞了,与“等待状态”的区别是,“阻塞状态”在等待获取一个排它锁,这个事件由另外一个线程放弃这个锁触发,在程序等待进入同步代码块时,进入这种状态。

  2. 结束(terminated):已经终止的线程状态。

    ![![2222.jpeg](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/3631399-cd744f0c3dcf81b5.jpeg?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240) ](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/3631399-430075a59cd8c4a2.jpeg?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

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