java - 将线程本地内存刷新到全局内存是什么意思？

Question

我知道在 Java 中使用 volatile 变量的目的是写入这些变量立即对其他线程可见。我也知道同步块(synchronized block)的作用之一是将线程本地内存刷新到全局内存。

我从来没有完全理解在这种情况下对“线程本地”内存的引用。我知道仅存在于堆栈上的数据是线程本地的，但是当谈论堆上的对象时，我的理解变得模糊。

我希望得到对以下几点的评论:

1. 在多处理器机器上执行时，刷新线程本地内存是否只是将CPU缓存刷新到RAM中？

2. 在单处理器机器上执行时，这是否意味着什么？

3. 如果堆有可能在两个不同的内存位置(每个由不同的线程访问)有相同的变量，在什么情况下会出现这种情况？这对垃圾收集有什么影响？虚拟机做这种事情有多积极？

4. (编辑:添加问题 4) 退出同步块(synchronized block)时会刷新哪些数据？它是线程在本地拥有的一切吗？是否只有在同步块(synchronized block)内进行的写入？

   Object x = goGetXFromHeap(); // x.f is 1 here    
   Object y = goGetYFromHeap(); // y.f is 11 here
   Object z = goGetZFromHead(); // z.f is 111 here
   
   y.f = 12;
   
   synchronized(x)
   {
       x.f = 2;
       z.f = 112;
   }
   
   // will only x be flushed on exit of the block? 
   // will the update to y get flushed?
   // will the update to z get flushed?
   

总的来说，我想了解线程本地是指仅可由一个 CPU 物理访问的内存，还是虚拟机完成逻辑线程本地堆分区？

任何指向演示文稿或文档的链接都会非常有帮助。我花了很多时间研究这个，虽然我找到了很多不错的文献，但我无法满足我对线程本地内存的不同情况和定义的好奇心。

非常感谢。

Answer 1

您所说的刷新被称为“内存屏障”。这意味着 CPU 确保它所看到的 RAM 也可以从其他 CPU/内核中查看。这意味着两件事:

• JIT 编译器刷新 CPU 寄存器。通常，代码可能会在 CPU 寄存器中保留一些全局可见数据(例如实例字段内容)的副本。从其他线程看不到寄存器。因此，synchronized 的一半工作是确保不维护这样的缓存。

• synchronized 实现还执行内存屏障，以确保从当前内核对 RAM 的所有更改都传播到主 RAM(或者至少所有其他内核都知道这个核心具有最新的值(value)——缓存一致性协议(protocol)可能相当复杂)。

第二项工作在单处理器系统上是微不足道的(我的意思是，具有单核的单 CPU 系统)，但如今单处理器系统往往变得越来越少。

对于线程局部堆，理论上可以做到这一点，但通常不值得付出努力，因为没有任何内容可以说明要使用 同步 刷新内存的哪些部分。这是线程共享内存模型的一个限制:所有内存应该是共享的。在第一次遇到 synchronized 时，JVM 应将其所有“线程本地堆对象”刷新到主 RAM。

然而最近来自 Sun 的 JVM 可以执行“逃逸分析”，其中 JVM 成功地证明某些实例永远不会从其他线程可见。这是典型的，例如，由 javac 创建的用于处理字符串连接的 StringBuilder 实例。如果实例从未作为参数传递给其他方法，则它不会变为“全局可见”。这使它有资格进行线程局部堆分配，甚至在适当的情况下，也可以进行基于堆栈的分配。请注意，在这种情况下没有重复；该实例不是“同时在两个地方”。只是 JVM 可以将实例保存在一个私有(private)的地方，这不会产生内存屏障的成本。