在探讨Java多线程编程时,我们经常会涉及到JMM(Java内存模型)以及与之相关的重排序规则。JMM是Java平台内存模型,JSR-133是一个关于Java内存模型和线程规范的社区审查草案,它旨在替代Java语言规范的第17章以及Java虚拟机规范的第8章,同时提供了一套能够描述现有JVM允许的语义的解决方案。JMM的主要目的之一是提供一系列规则,用以约束JVM对代码执行时的重排序,以确保在多线程环境下能够达到一致的内存可见性。
JMM中定义了重排序规则,以减少编译器优化或者处理器优化对于多线程程序的潜在影响。重排序是指编译器或处理器为了提高效率,可能会调整指令执行的顺序,从而影响程序的执行结果。在单线程程序中,重排序通常是透明的,但是在多线程环境下,不当的重排序可能导致线程之间的竞争条件,进而引发错误。因此,JMM中提出了所谓的重排序规则来确保多线程环境中的线程安全性。
JMM中的重排序规则包括编译器重排序规则、指令重排序规则和内存重排序规则等。编译器重排序规则约束了编译器对Java代码的重排序操作,避免了编译器为了优化而产生的对多线程程序执行有害的重排序。指令重排序规则则是限制了处理器在执行指令时可能出现的重排序,以确保多线程环境下,线程间的操作有序性。内存重排序规则涉及了对内存操作的重排序,它保证了即使在不同线程中看到的变量操作顺序不同,也能够保证在某个线程中对共享变量的操作顺序是正确的。
在JMM中,对于不同类型的内存操作,如读、写、lock和unlock操作,都有严格的规则来限制它们的重排序。例如,对于变量的读写操作,JMM要求在没有锁的情况下,不允许线程之间重排序读操作;而对于写操作,也不允许在没有锁的情况下重排序。此外,JMM还提供了final关键字,可以保证对final字段的初始化在构造函数完成之后,其他线程才能看到该字段的赋值操作。
在JSR-133中,提出了强因果模型和弱因果模型的概念。强因果模型可以提供更强的安全保障,而弱因果模型则允许更多的编译器优化。然而,由于没有找到足够的例子来指导在强因果模型和弱因果模型之间做出选择,JSR-133文档倾向于推荐强因果模型。这是因为任何遵循强因果模型的JVM实现也将自然地满足弱因果模型的要求。
JSR-133规范中还讨论了关于notify和interrupt的语义问题。专家团队呼吁读者深入研究这些问题,并向他们提供反馈。这些问题主要关系到JVM实现者可能需要更改他们的实现。文档建议JCP成员密切关注final字段的语义(第3.5节和第8节),因为这可能是最有可能需要JVM实现者更改实现的部分。
总结起来,Java多线程编程中的重排序规则对于保证线程安全是至关重要的。开发者需要理解JMM中的相关规则,合理使用synchronized关键字、volatile关键字以及其他并发控制工具来确保多线程程序能够正确和安全地执行。同时,开发者也需要关注JSR-133规范的发展,因为它是对Java并发模型持续改进和优化的基础。