Java 메모리 모델에 대한 심층 분석: 요약

프로세서 메모리 모델순차 일관성 메모리 모델은 이론적 참조 모델입니다. 순차 일관성 메모리 모델은 일반적으로 JMM 및 프로세서 메모리 모델을 설계할 때 참조로 사용됩니다. JMM 및 프로세서 메모리 모델은 설계 시 순차 일관성 모델을 어느 정도 완화합니다. 왜냐하면 프로세서와 JMM이 순차 일관성 모델에 따라 완전히 구현되면 많은 프로세서 및 컴파일러 최적화가 금지되어 실행 성능에 해를 끼치기 때문입니다. 큰 영향을 받게 됩니다. 다양한 읽기/쓰기 작업 조합의 실행 순서 완화에 따라 일반 프로세서의 메모리 모델은 다음과 같은 유형으로 나눌 수 있습니다. 쓰기-읽기 작업 순서 완화 프로그램에 의해 총 매장 주문 메모리 모델(줄여서 TSO)이 탄생했습니다. 이전 1을 기반으로 프로그램에서 쓰기-쓰기 작업 순서를 계속 완화하여 부분 저장 순서 메모리 모델(PSO라고 함)을 생성했습니다. 이전 1, 2를 기반으로 프로그램에서 읽기-쓰기 및 읽기-읽기 작업 순서를 계속 완화하여 완화된 메모리 순서 메모리 모델(줄여서 RMO)과 PowerPC 메모리 모델이 탄생했습니다. 여기서 프로세서의 읽기/쓰기 작업 완화는 두 작업 사이에 데이터 종속성이 없다는 전제에 기반을 두고 있다는 점에 유의하세요. 데이터 종속성이 있는 두 가지 메모리 작업의 순서가 변경됩니다. 다음 표는 일반적인 프로세서 메모리 모델의 자세한 특성을 보여줍니다. 메모리 모델명해당 프로세서Store-Load reorderingStore-Store reorderingLoad-Load 로드 스토어 재정렬다른 프로세서의 쓰기를 더 일찍 읽을 수 있음현재 프로세서의 쓰기를 더 빨리 읽을 수 있음TSOsparc-TSOX64YYPSO sparc-PSOYYYRMOia64YYYYPowerPCPowerPCYYYYY이 표에서 모든 프로세서 메모리를 볼 수 있습니다. 모든 모델은 1장에서 설명한 이유로 쓰기-읽기 재정렬을 허용합니다. : 모두 쓰기 버퍼를 사용하므로 쓰기-읽기 작업의 순서가 바뀔 수 있습니다. 동시에, 이러한 프로세서 메모리 모델은 현재 프로세서에 대한 쓰기 읽기를 더 일찍 허용한다는 것을 알 수 있습니다. 그 이유는 쓰기 캐시 영역 때문이기도 합니다. 쓰기 캐시 영역은 현재 프로세서에만 표시되므로 이 기능은 다음과 같은 원인이 됩니다. 다른 프로세서는 자신의 쓰기 버퍼에 임시로 보관된 쓰기를 먼저 확인합니다. 위 표의 다양한 프로세서 메모리 모델은 위에서 아래로 강한 모델부터 약한 모델까지 표시됩니다. 프로세서가 성능 중심일수록 메모리 모델은 약해집니다. 이러한 프로세서는 메모리 모델이 성능을 향상시키기 위해 최대한 많은 최적화를 수행할 수 있도록 메모리 모델을 가능한 한 적게 제한하기를 원하기 때문입니다. 공통 프로세서 메모리 모델은 JMM보다 약하므로 바이트코드를 생성할 때 Java 컴파일러는 실행 명령 시퀀스의 적절한 위치에 메모리 장벽을 삽입하여 프로세서 재정렬을 제한합니다. 동시에, 다양한 프로세서의 메모리 모델은 서로 다른 강점과 약점을 갖고 있기 때문에 다양한 프로세서 플랫폼의 프로그래머에게 일관된 메모리 모델을 제공하기 위해 JMM이 다양한 프로세서에 삽입해야 하는 메모리 장벽의 수와 유형도 다양합니다. . 동일하지 않습니다. 다음 그림은 JMM이 다양한 프로세서 메모리 모델에 삽입해야 하는 메모리 장벽의 개략도를 보여줍니다. 위 그림에 표시된 것처럼 JMM은 다양한 프로세서 메모리 모델의 차이점을 숨깁니다. 프로세서 메모리 모델 - Java 프로그래머에게 다양한 프로세서 플랫폼에 걸쳐 일관된 메모리 모델을 제공합니다. JMM, 프로세서 메모리 모델과 순차적 일관성 메모리 모델의 관계 JMM은 언어 수준 메모리 모델이고, 프로세서 메모리 모델은 순차적 일관성을 갖춘 하드웨어 수준 메모리 모델입니다. 성적 기억 모델은 이론적 참조 모델입니다. 다음은 언어 메모리 모델, 프로세서 메모리 모델, 순차 일관성 메모리 모델의 장단점을 비교한 다이어그램입니다. 위 그림에서 우리는 4가지 공통 프로세서 메모리 모델이 일반적으로 사용되는 3가지 언어 메모리 모델보다 약하다는 것을 알 수 있습니다. 프로세서 메모리 모델과 언어 메모리 모델 모두 순차 일관성 메모리 모델보다 약합니다. 프로세서 메모리 모델과 마찬가지로 언어가 실행 성능을 추구할수록 메모리 모델 설계는 취약해집니다. JMM 설계JMM 설계자의 관점에서 JMM을 설계할 때 고려해야 할 두 가지 핵심 요소는 프로그래머의 메모리 모델 사용입니다. 프로그래머는 이해하기 쉽고 프로그래밍하기 쉬운 메모리 모델을 원합니다. 프로그래머는 강력한 메모리 모델을 기반으로 코드를 작성하고 싶어합니다. 메모리 모델의 컴파일러 및 프로세서 구현. 컴파일러와 프로세서는 메모리 모델이 성능을 향상시키기 위해 최대한 많은 최적화를 수행할 수 있도록 메모리 모델을 가능한 한 적게 제한하기를 원합니다. 컴파일러와 프로세서는 약한 메모리 모델을 구현하려고 합니다. 이 두 요소는 모순되기 때문에 JMM을 설계할 때 JSR-133 전문가 그룹의 핵심 목표는 적절한 균형점을 찾는 것입니다. 한편으로는 프로그래머에게 충분히 강력한 메모리 가시성을 보장해야 합니다. ; 반면에 컴파일러와 프로세서 제한은 최대한 완화되어야 합니다. JSR-133이 어떻게 이 목표를 달성하는지 살펴보겠습니다. 구체적인 설명은 앞서 언급한 원의 면적 계산 샘플 코드를 참조하세요. 위의 원 면적 계산 샘플 코드는 세 가지 사건-관계 전: A 사건-B 사건 B 사건-C 사건 A 사건-C 사건 A 사건-B 사건의 정의 - 이전에는 다음이 필요합니다. 작업 실행 결과는 B에 표시되어야 하며 작업 A의 실행 순서는 작업 B보다 먼저 이루어져야 합니다. 그러나 프로그램 의미론의 관점에서 볼 때 A와 B의 순서를 바꾸면 프로그램의 실행 결과가 바뀌지 않지만 프로그램의 실행 성능도 향상될 수 있습니다(이 순서를 바꾸면 컴파일러 및 프로세서 최적화에 대한 제약이 줄어듭니다). 즉, 위의 세 가지 사전 발생 관계 중 2와 3은 필요하지만 1은 필요하지 않습니다. 따라서 JMM은 이전 발생 요구 사항에 의해 금지된 재정렬을 프로그램 실행 결과를 변경하는 재정렬이라는 두 가지 범주로 나눕니다. 순서를 변경해도 프로그램 실행 결과는 변경되지 않습니다. JMM은 재정렬의 두 가지 특성에 대해 서로 다른 전략을 채택합니다. 프로그램의 실행 결과를 변경하는 재정렬의 경우 JMM은 컴파일러와 프로세서에서 이러한 재정렬을 금지하도록 요구합니다. JMM은 프로그램의 실행 결과를 변경하지 않는 재정렬을 위해 컴파일러와 프로세서에 대한 요구 사항을 두지 않습니다(JMM은 이러한 재정렬을 허용합니다). JMM의 설계도는 다음과 같습니다. 위 그림에서 두 가지 점을 알 수 있습니다. JMM이 제공하는 사전 발생 규칙 JMM to 프로그래머 프로그래머의 요구를 충족시킬 수 있습니다. JMM의 사전 발생 규칙은 간단하고 이해하기 쉬울 뿐만 아니라 프로그래머에게 충분히 강력한 메모리 가시성을 보장합니다(위의 B 이전에 A가 발생하는 것과 같이 일부 메모리 가시성 보증은 실제로 존재하지 않습니다). JMM은 컴파일러와 프로세서에 대한 제약을 최대한 최소화합니다. 위의 분석에서 우리는 JMM이 실제로 기본 원칙을 따른다는 것을 알 수 있습니다. 프로그램의 실행 결과가 변경되지 않는 한(단일 스레드 프로그램 및 올바르게 동기화된 멀티 스레드 프로그램 참조) 컴파일러와 프로세서는 다음과 같습니다. 최적화 방법에 관계없이 최적화됩니다. 예를 들어 컴파일러가 신중한 분석 후에 단일 스레드에서만 잠금에 액세스할 수 있다고 판단하면 잠금을 제거할 수 있습니다. 또 다른 예로, 컴파일러가 주의 깊게 분석한 후 휘발성 변수가 단일 스레드에서만 액세스될 것이라고 결정한 경우 컴파일러는 휘발성 변수를 일반 변수로 처리할 수 있습니다. 이러한 최적화는 프로그램의 실행 결과를 변경하지 않지만 프로그램의 실행 효율성도 향상시킵니다. JMM의 메모리 가시성 보장Java 프로그램의 메모리 가시성 보장은 프로그램 유형에 따라 다음 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 단일 스레드 프로그램. 단일 스레드 프로그램에는 메모리 가시성 문제가 없습니다. 컴파일러, 런타임 및 프로세서는 함께 작동하여 단일 스레드 프로그램의 실행 결과가 순차 일관성 모델의 프로그램 실행 결과와 동일하도록 보장합니다. 제대로 동기화된 멀티스레드 프로그램. 적절하게 동기화된 다중 스레드 프로그램의 실행은 순차적 일관성을 갖습니다(프로그램 실행 결과는 프로그램이 순차적으로 일관된 메모리 모델에서 실행된 것과 동일합니다). 이것이 컴파일러 및 프로세서 재정렬을 제한하여 프로그래머에게 메모리 가시성을 보장하는 JMM의 초점입니다. 동기화되지 않거나 잘못 동기화된 멀티스레드 프로그램. JMM은 최소한의 안전 보장을 제공합니다. 스레드가 실행될 때 읽는 값은 이전 스레드에서 쓴 값이거나 기본값(0, null, false)입니다. 다음 그림은 JMM과 순차 일관성 메모리 모델에서 세 가지 유형의 프로그램 실행 결과의 유사점과 차이점을 보여줍니다. 멀티 스레드 프로그램이 올바르게 동기화되는 한 JMM은 모든 프로세서 플랫폼에서 프로그램의 실행 결과가 순차적으로 일관된 메모리 모델의 프로그램 실행 결과와 일치함을 보장합니다. 이전 메모리 모델에 대한 JSR-133의 수정 사항JDK5 이전의 기존 메모리 모델에 대한 JSR-133의 수정 사항에는 주로 다음 두 가지가 포함됩니다. 휘발성 메모리 의미 체계 향상. 이전 메모리 모델에서는 휘발성 변수를 일반 변수로 재정렬할 수 있었습니다. JSR-133은 휘발성 변수와 일반 변수의 재정렬을 엄격하게 제한하므로 휘발성 쓰기-읽기 및 잠금 해제-획득은 동일한 메모리 의미를 갖습니다. 최종의 메모리 의미를 강화합니다. 기존 메모리 모델에서는 동일한 최종 변수의 값이 여러 번 읽을 때 다를 수 있습니다. 이를 위해 JSR-133은 final에 두 가지 재정렬 규칙을 추가합니다. Final에는 이제 초기화 안전성이 있습니다. 위 내용은 Java 메모리 모델 심층 분석 요약입니다. 더 많은 관련 내용은 PHP 중국어 홈페이지(www.php.cn)를 참고해주세요!