"Java并发编程是软件开发中的关键领域,特别是在大规模系统中。阿里巴巴的梁飞大神在讲解Java并发编程时,强调了几个核心概念,包括JVM内存模型、线程安全、可见性和可排序性,以及系统内存的MESI协议。这些知识点对于理解和优化多线程程序至关重要。"
在Java并发编程中,JVM内存模型分为堆和栈两部分。堆内存用于存储所有对象,其特点是所有线程共享,对象的属性也在堆中。堆内存的对齐方式是单字节对齐,而短整型(short)在堆中不变。另一方面,每个线程都有自己独立的栈空间,存储基本类型和对象的引用。栈内存按照4字节对齐,short类型会转换为int类型。方法中的局部变量存储在栈空间内,由于它们属于独立的线程栈,因此不会引起竞争,从而保证了线程安全。
方法参数的传递在栈顶进行,不进行复制,通过栈顶寄存器快速访问,减少了中间状态的读取。PC指针则记录了当前线程执行的位置。对象地址的读写是原子性的,因此线程安全,但并发读写可变状态的对象就可能导致非线程安全的情况。基本类型的读写也有差异,如int和char是线程安全的,而long和double由于高位和低位的分开读写,可能导致非线程安全。对于复合操作如i++,则需要额外的同步机制来保证线程安全。
在Java中,可见性是并发编程的重要方面。final字段的初始化确保了其可见性,volatile关键字则保证了对volatile字段的读写具有可见性。synchronized同步块或方法可以确保在同步范围内对字段的读写都是可见的。Happen-Before法则规定了特定的操作顺序,例如程序次序法则、监视器法则、volatile变量法则、线程启动和终结法则、中断法则以及终结法则,这些法则定义了并发环境中的操作顺序和可见性,有助于避免数据竞争和死锁。
系统内存的MESI协议是CPU缓存一致性的一种解决方案。在MESI协议中,内存状态有Modified、Exclusive、Shared和Invalid四种。Modified状态表示数据已被当前CPU修改,且仅存在于本地Cache中。Exclusive状态表示数据只被当前CPU拥有,与内存一致。Shared状态表示数据被多个CPU的Cache共享,且与内存一致。Invalid状态则表示数据无效,需要从内存重新加载。当不同CPU进行读写操作时,MESI协议确保了数据的一致性和正确性。
理解这些并发编程的概念和技术,能够帮助开发者编写出更高效、更稳定的多线程程序,尤其在处理大量并发请求的阿里巴巴这样的大型系统中,显得尤为重要。