Как потоки синхронизируются между собой

#java #многопоточность

Как я понимаю, каждый поток работает в данными которые находятся в кэше на котором
выполняется поток. допустим три поток выполняются в трех ядрах одновременно с одними
и теми же данными. Первый поток делал какие то изменения и завершился. В этом случае
как я понимаю происходит синхронизация данных первого потока со всеми кэшами процессора.
(если конечно я правильно понимаю) 1. Но что если будет конфликт с данными из других
кэшов(как будут мерджиться)? 2. Меня интересует как происходит синхронизация, данные
сбрасываются в ram и говорит другим ядрам типа скачай данные с ram там более актуальные
данные?
    

Ответы

Ответ 1

Ох, это очень сложный вопрос, ответы на который лежат в Java Memory Model и Hardware
Memory Model. Последняя может ещё и отличаться для разного оборудования.

Прежде всего, завершение потока не гарантирует синхронизации его данных. Данные либо
должны иметь модификатор volatile, либо доступ к ним должен осуществляться в пределах
синхронизированных блоков.

Если совсем кратко описать синхронизированный доступ к данным, то в момент входа
потока в синхронизированный блок и выхода из него, процессоры потратят кучу времени
на синхронизацию кэшей и памяти. Именно поэтому синхронизацию нельзя использовать бездумно.

Если быть чуточку подробнее и рассмотреть железные детали этого процесса, у процессоров
есть протокол когерентности кэшей, позволяющий синхронизировать изменения данных в
кэшах и не дёргать лишний раз контроллер оперативной памяти. Синхронизация происходит
по общей для кэшей всех ядер и контроллера памяти шине. В упрощённом виде (отбросив
два из пяти состояний кэшированных данных, а также игнорируя store buffers и invalidation
queue) это выглядит так:


Процессор №1 делает запрос на блок данных №42.
Локальный кэш процессора №1 обнаруживает, что таких данных в нем нет (либо нет вообще,
либо они есть в состоянии Invalid).
Кэш процессора №1 открывает на шине транзакцию "дайте мне блок данных №42".
На запрос отвечает контроллер оперативной памяти пересылая нужный блок.
Данные записываются в кэш процессора №1 в состоянии Shared.
Процессор №1 изменяет блок данных №42, кэш этого процессора отсылает по шине "я изменил
блок данных №42" и устанавливает блоку состояние Modified.
Процессор №2 имел в кэше этот блок, он помечает его как Invalid.
Процессору №2 понадобился блок №42.
Кэш процессора №2 отправляет по шине "дайте мне блок данных №42".
Процессор №1 обнаруживает, что у него в кэше этот блок в состоянии Modified, и отправляет
по шине "прервать транзакцию" и "запись блока №42 в память".
Кэш процессора №2 ждёт завершения транзакции процессора №1.
Кэш процессор №2 возобновляет предыдущую транзакцию.
Контроллер памяти отдаёт процессору №2 актуальный блок №42 из оперативной памяти.
Процессоры №1 и №2 помечают блок №42 в своих кэшах как Shared.


Пара статей на Хабре на эту тему - раз и два. А также весьма познавательными могут
быть запросы в Google "java memory model", "memory barriers", "memory ordering" и "happens
before". Ну, и нельзя в таких вопросах не дать ссылку на Шипилёва.