Java 內(nèi)存模型
由于 ConcurrentHashMap 是建立在 Java 內(nèi)存模型基礎(chǔ)上的，為了更好的理解 ConcurrentHashMap，讓我們首先來(lái)了解一下 Java 的內(nèi)存模型。
Java 語(yǔ)言的內(nèi)存模型由一些規(guī)則組成，這些規(guī)則確定線程對(duì)內(nèi)存的訪問(wèn)如何排序以及何時(shí)可以確保它們對(duì)線程是可見的。下面我們將分別介紹 Java 內(nèi)存模型的重排序，內(nèi)存可見性和 happens-before 關(guān)系。
重排序
內(nèi)存模型描述了程序的可能行為。具體的編譯器實(shí)現(xiàn)可以產(chǎn)生任意它喜歡的代碼 -- 只要所有執(zhí)行這些代碼產(chǎn)生的結(jié)果，能夠和內(nèi)存模型預(yù)測(cè)的結(jié)果保持一致。這為編譯器實(shí)現(xiàn)者提供了很大的自由，包括操作的重排序。
編譯器生成指令的次序，可以不同于源代碼所暗示的“顯然”版本。重排序后的指令，對(duì)于優(yōu)化執(zhí)行以及成熟的全局寄存器分配算法的使用，都是大有脾益的，它使得程序在計(jì)算性能上有了很大的提升。
重排序類型包括：
- 編譯器生成指令的次序，可以不同于源代碼所暗示的“顯然”版本。
- 處理器可以亂序或者并行的執(zhí)行指令。
- 緩存會(huì)改變寫入提交到主內(nèi)存的變量的次序。
內(nèi)存可見性
由于現(xiàn)代可共享內(nèi)存的多處理器架構(gòu)可能導(dǎo)致一個(gè)線程無(wú)法馬上（甚至永遠(yuǎn)）看到另一個(gè)線程操作產(chǎn)生的結(jié)果。所以 Java 內(nèi)存模型規(guī)定了 JVM 的一種最小保證：什么時(shí)候?qū)懭胍粋€(gè)變量對(duì)其他線程可見。
在現(xiàn)代可共享內(nèi)存的多處理器體系結(jié)構(gòu)中每個(gè)處理器都有自己的緩存，并周期性的與主內(nèi)存協(xié)調(diào)一致。假設(shè)線程 A 寫入一個(gè)變量值 V，隨后另一個(gè)線程 B 讀取變量 V 的值，在下列情況下，線程 B 讀取的值可能不是線程 A 寫入的最新值：
- 執(zhí)行線程 A 的處理器把變量 V 緩存到寄存器中。
- 執(zhí)行線程 A 的處理器把變量 V 緩存到自己的緩存中，但還沒有同步刷新到主內(nèi)存中去。
- 執(zhí)行線程 B 的處理器的緩存中有變量 V 的舊值。
Happens-before 關(guān)系
happens-before 關(guān)系保證：如果線程 A 與線程 B 滿足 happens-before 關(guān)系，則線程 A 執(zhí)行動(dòng)作的結(jié)果對(duì)于線程 B 是可見的。如果兩個(gè)操作未按 happens-before 排序，JVM 將可以對(duì)他們?nèi)我庵嘏判颉?/p>
下面介紹幾個(gè)與理解 ConcurrentHashMap 有關(guān)的 happens-before 關(guān)系法則：
- 程序次序法則：如果在程序中，所有動(dòng)作 A 出現(xiàn)在動(dòng)作 B 之前，則線程中的每動(dòng)作 A 都 happens-before 于該線程中的每一個(gè)動(dòng)作 B。
- 監(jiān)視器鎖法則：對(duì)一個(gè)監(jiān)視器的解鎖 happens-before 于每個(gè)后續(xù)對(duì)同一監(jiān)視器的加鎖。
- Volatile 變量法則：對(duì) Volatile 域的寫入操作 happens-before 于每個(gè)后續(xù)對(duì)同一 Volatile 的讀操作。
- 傳遞性：如果 A happens-before 于 B，且 B happens-before C，則 A happens-before C。