Java內(nèi)存模型可以說(shuō)是Java并發(fā)的底層支持，了解Java內(nèi)存模型才能正在了解Java并發(fā)。

內(nèi)存模型

在內(nèi)存中設(shè)置一個(gè)變量"value = 1；"那么其他線程能在什么時(shí)候讀取到這個(gè)結(jié)果呢？有可能不能立即甚至永遠(yuǎn)都讀不到。比如指令順序與源代碼中的順序不同；編譯器會(huì)把變量保存在寄存器而不是內(nèi)存中；處理器可以采用亂序或并行等方式來(lái)執(zhí)行指令；緩存可能會(huì)改變將寫(xiě)入變量提交到主內(nèi)存的次序，保存在處理器本地緩存中的值其他處理器是不可見(jiàn)的；這些情況都會(huì)導(dǎo)致其他線程不能讀取到變量的最新值。

而Java內(nèi)存模型(Java memory Model,簡(jiǎn)稱JMM)則是規(guī)定了JVM在什么時(shí)候?qū)ψ兞康男薷膶?duì)其他線程可見(jiàn)。

在多核處理器中，每個(gè)處理器都有自己的緩存，并且定期地與主內(nèi)存進(jìn)行協(xié)調(diào)，不同的處理器架構(gòu)中提供了不同級(jí)別的緩存一致性。在現(xiàn)在的CPU中分了多級(jí)內(nèi)存緩存比如寄存器、L1、L2、L3、內(nèi)存等，每種處理器都有各自的規(guī)則和處理方式，而要保證修改變量對(duì)其他線程可見(jiàn)的難度就很大。

所以在JMM中抽象出來(lái)只分工作內(nèi)存、主內(nèi)存。主內(nèi)存主要存共享變量，工作內(nèi)存為每個(gè)線程擁有，存放線程需要的共享變量副本。各個(gè)線程只能讀、改自己工作線程的數(shù)據(jù)，不能直接操作主內(nèi)存的變量，線程修改變量時(shí)先修改工作內(nèi)存變量再同步到主內(nèi)存當(dāng)中。

在多線程環(huán)境中，維護(hù)程序的串行性將會(huì)導(dǎo)致很大的性能開(kāi)銷，所以只有當(dāng)多個(gè)線程要共享數(shù)據(jù)時(shí)，才必須協(xié)調(diào)它們之間的操作，并且JVM依賴程序通過(guò)同步操作來(lái)找出這些協(xié)調(diào)操作在何時(shí)發(fā)生。通過(guò)只分兩種內(nèi)存就簡(jiǎn)單很多了。

Happens-Before規(guī)則

上一節(jié)說(shuō)到JVM通過(guò)依賴同步操作來(lái)找出協(xié)調(diào)操作在何時(shí)發(fā)生，而JMM就是通過(guò)各種操作來(lái)定義的。JMM對(duì)程序中的所有操作定義了一個(gè)偏序關(guān)系，稱為Happens-Before。

Happens-before簡(jiǎn)單解釋下：如果第一個(gè)操作Happens-before第二個(gè)操作，也就是說(shuō)第一個(gè)操作對(duì)于第二個(gè)操作時(shí)可見(jiàn)的，也就是第二個(gè)操作能夠看到第一個(gè)操作的結(jié)果。

而Happens-before主要包含以下規(guī)則：

程序順序規(guī)則：一個(gè)線程內(nèi)肯定要保證執(zhí)行順序，比如兩步代碼前一步執(zhí)行肯定要在下一步執(zhí)行之前，如果不能保證規(guī)則那么如果后一步依賴前一步的結(jié)果那么肯定會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。不過(guò)這個(gè)規(guī)則和指令重排沖突，但是執(zhí)行重排是在保證執(zhí)行結(jié)果依然符合Happens-before執(zhí)行的結(jié)果下才重排，所以并不沖突。

監(jiān)視器規(guī)則：對(duì)同一個(gè)鎖，肯定前面一個(gè)釋放了鎖，后面一個(gè)才能獲取到鎖，只有獲取到鎖才能釋放鎖。

volatile變量規(guī)則：volatile修飾的變量在一個(gè)線程修改后，其他線程一定能夠看到最新值。

線程啟動(dòng)規(guī)則：在主線程執(zhí)行一個(gè)子線程，那么子線程的run方法一定能夠看到主方法調(diào)用子線程的start方法之前的操作。

線程結(jié)束規(guī)則：主線程調(diào)用了子線程的start后如果再調(diào)用join方法，那么join方法肯定能看到子線程run方法執(zhí)行的結(jié)果。

中斷規(guī)則：對(duì)線程執(zhí)行Interrupt方法后，那么執(zhí)行interrupted和isInterrupted都能看到結(jié)果。

終結(jié)器規(guī)則：對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)必須在對(duì)象的終結(jié)器執(zhí)行前完成。

傳遞性：A操作在B之前，B在C之前，那么A一定在C之前，也就是C一定能夠看到A執(zhí)行的結(jié)果。

在多線程中每個(gè)線程每段代碼執(zhí)行的時(shí)間是不確定的，而Happens-before則保證了單個(gè)線程內(nèi)執(zhí)行順序，同時(shí)也保證在多線程哪些情況下有先后順序。比如比如在線程A中執(zhí)行了線程B的start方法和B線程的join方法，那么B線程的run方法肯定在A在調(diào)用B的start方法之后執(zhí)行，也就是B中的run方法能看到之前的執(zhí)行結(jié)果。同樣join方法一定是run方法結(jié)束以后才能執(zhí)行，也就是join之后的程序能夠看到run執(zhí)行的結(jié)果。

單例模式的雙重檢查

單例模式的一種實(shí)現(xiàn)方式代碼如下圖：

volatile保證了變量的可見(jiàn)性，就是前面講到的volatile變量規(guī)則，在第二次驗(yàn)證變量singleton時(shí)才能得到的正確。如果變量沒(méi)有用volatile修飾一個(gè)線程初始化了，初始化結(jié)果可能還在工作內(nèi)存中，即使同步到主內(nèi)存中，但是如果沒(méi)有同步到其他內(nèi)存中，那么其他線程就可能再次初始化。

總結(jié)

JMM實(shí)際上是由定義的一系列操作組成，這些操作確定了Java的基礎(chǔ)特性，尤其在多線程并發(fā)方面，它主要對(duì)重排序、原子性、內(nèi)存可見(jiàn)性這三個(gè)方面維護(hù)保證了多線程的正確執(zhí)行。

Java程序員日常學(xué)習(xí)筆記，如理解有誤歡迎各位交流討論！

總結(jié)

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