Java 동시 프로그래밍의 휘발성 및 JMM 다중 스레드 메모리 모델 분석 예

1. 프로그램을 통해 현상을 살펴보세요

Java 멀티 스레드 캐시 모델을 설명하기 전에 먼저 다음 코드를 살펴보겠습니다. 이 코드의 논리는 매우 간단합니다. 메인 스레드는 두 개의 하위 스레드, 즉 하나의 스레드 1과 하나의 스레드 2를 시작합니다. 스레드 1이 먼저 실행되고 스레드 2는 2초 동안 휴면 상태가 된 후 실행됩니다. 두 스레드는 초기 값이 false인 공유 변수 shareFlag를 사용합니다. shareFlag가 항상 false이면 스레드 1은 항상 무한 루프에 있으므로 스레드 2에서는 shareFlag를 true로 설정합니다.

public class VolatileTest {
  public static boolean shareFlag = false;
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    new Thread(() -> {
      System.out.print("开始执行线程1 =>");
      while (!shareFlag){  //shareFlag = false则一直死循环
        //System.out.println("shareFlag=" + shareFlag);
      }
      System.out.print("线程1执行完成 =>");
    }).start();
    Thread.sleep(2000);
    new Thread(() -> {
      System.out.print("开始执行线程2 =>");
      shareFlag = true;
      System.out.print("线程2执行完成 =>");
    }).start();
  }
}

JMM 스레드 모델을 배우지 않았다면 아마도 위 코드를 읽은 후 출력 결과가 다음과 같기를 바랍니다.

스레드 1 실행 시작 => 스레드 2 실행 시작 => 스레드 2 실행 완료 = > 스레드 1 실행 완료 =>

아래 그림과 같이 일반 사람들은 이 코드를 이해합니다. 먼저 스레드 1이 실행되어 루프에 들어가고 스레드 2가 shareFlag=true로 수정되고 스레드 1이 루프에서 빠져나옵니다. 따라서 루프를 벗어나는 스레드 1은 "Thread 1 실행 완료 =>"를 인쇄하지만 작성자의 실험 후에는 **"Thread 1 실행 완료 =>"가 인쇄되지 않고 스레드 1은 루프를 벗어나지 않습니다. 무한 루프**. 이것이 왜?

2. 이런 현상은 왜 발생하나요(JMM 모델)?

위에서 언급한 문제를 설명하려면 JMM(Java Memory Model) Java 메모리 모델을 배워야 합니다. Java 멀티스레드 메모리 모델이라고 부르는 것이 더 정확할 것 같습니다.

• 먼저 JMM에서는 각 스레드가 자체 작업 메모리를 가지고 있습니다. 프로그램이 시작되면 스레드는 공유 변수를 자체 작업 메모리에 로드(읽기 및 로드)하고, 스레드의 작업 메모리 메모리 변수에 로드합니다. 메인 메모리에 있는 공유 변수의 복사본입니다. 즉, 현재 메모리에는 shareFlag의 복사본이 3개 있고 그 값은 모두 false와 같습니다.

• 스레드 2가 shareFlag=true를 실행할 때 작업 메모리 복사본을 shareFlag=true로 수정하는 동시에 복사본의 값을 다시(저장 및 쓰기)에 씁니다. 메인 메모리에. shareFlag=true的时候将其工作内存副本修改为shareFlag=true，同时将副本的值同步写回(store&write)到主内存中。

• 但是线程1的工作内存中的shareFlag=false

그러나 스레드 1의 작업 메모리에 있는

shareFlag=false

는 변경되지 않았으므로 스레드 1은 무한 루프

에 있었습니다.

3. MESI 캐시 일관성 프로토콜

스레드 2에 의한 공유 변수 수정은 스레드 1에서 인식되지 않으며 이는 위의 실험 결과 및 JMM 모델과 일치합니다. 그렇다면 스레드 1은 공유 변수의 값이 변경되었음을 어떻게 인식할 수 있습니까? 사실 매우 간단합니다. shareFlag 공유 변수에 휘발성 키워드를 추가하기만 하면 됩니다.

public volatile static boolean shareFlag = false;

1. 기본 원칙은 다음과 같습니다. 휘발성 키워드를 추가하면 JMM은 다음과 같은 캐시 사용 사양이 포함된 MESI 캐시 일관성 프로토콜을 따르게 됩니다. (

   이해할 수 없는 경우 무시해도 됩니다. 아래에 간단한 언어와 예시가 있습니다. ).

2. Modified: 현재 캐시 라인의 데이터가 수정(Dirty)되었으며 이때 현재 CPU의 캐시에서만 수정되었음을 나타냅니다. 캐시 라인의 데이터는 데이터와 다릅니다. 다른 캐시에서도 해당 행에 대한 메모리의 데이터와 다릅니다.

3. Exclusive: 현재 캐시 라인의 데이터가 유효한 데이터이고 다른 CPU의 캐시에 그러한 데이터 라인이 없으며 현재 캐시 라인 데이터가 메모리의 데이터와 동일함을 나타냅니다. .

4. Shared: 이 데이터 라인이 여러 CPU의 캐시에 캐시되고 캐시의 데이터가 메모리의 데이터와 일치함을 의미합니다.

Invalid: 이는 다음을 의미합니다. 현재 Cache 라인의 데이터가 유효하지 않다는 것을 ;

• 위의 캐시 사용 사양은 너무 복잡할 수 있습니다. 간단히 말해서

• 스레드 2가 shareFlag를 수정하면(수정 참조) 공유 변수 shareFlag를 수정한 버스,

• Thread 1은 버스를 모니터링합니다. 공유 변수 shareFlag가 수정되었음을 알게 되면 작업 메모리에서 shareFlag 복사본을 삭제하여 유효하지 않게 만듭니다.

🎜🎜스레드 1이 shareFlag를 다시 사용해야 하고 작업 메모리에 shareFlag 변수의 복사본이 없음을 발견하면 주 메모리에서 다시 로드(읽기 및 로드)됩니다🎜🎜🎜

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