前面介绍的计算机内存模型是解决多线程场景下并发问题的一个重要规范
对于不同的编程语言 在实现上可能会有所不同

下面我们来看一下Java内存模型 研究一下Java内存模型为我们提供了哪些保证

Java内存模型(Java Memory Model,JMM)是一种规范 屏蔽了各个硬件平台和操作系统的内存访问差异 保证了Java程序在各种平台下对内存的访问效果一致

那么Java内存模型规定了哪些东西呢?
1)Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中 每个线程还有自己的工作内存
2)线程的工作内存中保存了该线程中是用到的变量的主内存副本拷贝 线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行 而不能直接读写主内存
3)不同的线程之间无法直接访问对方工作内存中的变量 线程间变量的传递均需要自己的工作内存和主存之间进行数据同步进行
在java内存模型中 也会存在缓存一致性问题和指令重排序的问题
JMM就作用于工作内存和主存之间数据同步过程 他规定了如何做数据同步以及什么时候做数据同步
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总结
JMM是一种规范 目的是解决由于多线程通过共享内存进行通信时 存在的本地内存数据不一致、编译器会对代码指令重排序、处理器会对代码乱序执行等带来的问题
目的是保证并发编程场景中的原子性、可见性和有序性

1 原子性

在Java中 对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作
即这些操作是不可被中断的 要么执行 要么不执行
看下面一个例子:

  1. x = 10; //语句1
  2. y = x; //语句2
  3. x++; //语句3
  4. x = x + 1; //语句4

只有语句1是原子性操作 其他三个语句都不是原子性操作
也就是说 只有简单的读取、赋值(而且必须是将数字赋值给某个变量 变量之间的相互赋值不是原子操作)才是原子操作

从上面可以看出 Java内存模型只保证了基本读取和赋值是原子性操作
如果要实现更大范围操作的原子性 可以通过synchronized和Lock来实现
由于synchronized和Lock能够保证任一时刻只有一个线程执行该代码块 从而保证了原子性

2 可见性

对于可见性 Java提供了volatile关键字来保证可见性
当一个共享变量被volatile修饰时 它会保证修改的值会立即被更新到主存 当有其他线程需要读取时 它会去内存中读取新值
而普通的共享变量不能保证可见性 因为普通共享变量被修改之后 什么时候被写入主存是不确定的
当其他线程去读取时 此时内存中可能还是原来的旧值 因此无法保证可见性

另外 通过synchronized和Lock也能够保证可见性(final也可以)
synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码 并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中 因此可以保证可见性

3 有序性

在Java内存模型中 允许编译器和处理器对指令进行重排序
但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行 却会影响到多线程并发执行的正确性

在Java里面 可以通过volatile关键字来保证一定的“有序性”(具体原理在下一节讲述)
另外可以通过synchronized和Lock来保证有序性
synchronized和Lock保证每个时刻是有一个线程执行同步代码 相当于是让线程顺序执行同步代码 自然就保证了有序性

另外 Java内存模型具备一些先天的“有序性” 即不需要通过任何手段就能够得到保证的有序性 这个通常也称为 happens-before 原则
如果两个操作的执行次序无法从happens-before原则推导出来 那么它们就不能保证它们的有序性 虚拟机可以随意地对它们进行重排序

下面就来具体介绍下happens-before原则(先行发生原则):
1)程序次序规则:一个线程内,按照代码顺序,书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作
2)锁定规则:一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作
3)volatile变量规则:对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作
4)传递规则:如果操作A先行发生于操作B,而操作B又先行发生于操作C,则可以得出操作A先行发生于操作C
5)线程启动规则:Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作
6)线程中断规则:对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生
7)线程终结规则:线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测,我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行
8)对象终结规则:一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始
这8条规则《深入理解Java虚拟机》中 前4条规则是比较重要的 后4条规则都是显而易见的