Java內存模型

Java內存模型試圖屏蔽各種硬件和操作系統的內存訪問差異，以實現讓Java程序在各種平臺下都能達到一致的內存訪問效果。

處理器上的寄存器讀寫速度比內存快幾個數量級，為了解決這種速度矛盾，在它們之間加入了高速緩存。同時產生了緩存一致性問題，如果多個緩存共享同一塊主內存區域，多個緩存的數據可能不一致，需要協議來解決這個問題。

所有的變量存儲在主內存中，每個線程有自己的工作內存，工作內存存儲在高速緩存或寄存器中，保存了該線程使用的變量的主內存副本拷貝。線程只能直接操作工作內存中的變量，不同線程之間的變量值傳遞需要通過主內存來完成。

內存間交互

Java內存模型定義了8個操作來完成主內存和工作內存的交互操作。

• read：把一個變量的值從主內存傳輸到工作內存中
• load：在 read 之后執行，把 read 得到的值放入工作內存的變量副本中
• use：把工作內存中一個變量的值傳遞給執行引擎
• assign：把一個從執行引擎接收到的值賦給工作內存的變量
• store：把工作內存的一個變量的值傳送到主內存中
• write：在 store 之后執行，把 store 得到的值放入主內存的變量中
• lock：作用于主內存的變量
• unlock

內存模型的三大特性

1. 原子性

原子性就是指一個操作中要么全部執行成功，否則失敗。Java內存模型保證了上述的八個操作具有原子性。但是Java內存模型允許虛擬機將沒有被volatile修飾的64位數據（long,double）的讀寫操作劃分為兩次32位操作進行，因此load,store,read和write操作不具備原子性。但是JMM只保證了上述操作的原子性，像是i++這樣的操作，其實是分為獲取i，i自增以及賦值給i三步的，如果要實現這樣的原子操作就需要使用原子類實現，或者也可以使用它synchronized互斥鎖來保證操作的原子性。

2. 可見性

可見性指當一個線程修改了共享變量的值，其它線程能夠立即得知這個修改。Java內存模型是通過在變量修改后將新值同步回主內存，在變量讀取前從主內存刷新變量值來實現可見性的。

可見性的三種是實現方式：

• volatile
• synchronized，對一個變量執行unlock操作之前，必須把變量值同步回主內存。
• final，被 final關鍵字修飾的字段在構造器中一旦初始化完成，并且沒有發生 this 逃逸（其它線程通過 this 引用訪問到初始化了一半的對象），那么其它線程就能看見 final 字段的值。

使用 volatile 關鍵詞修飾的變量每次讀取都會得到最新的數據，不管哪個線程對這個變量的修改都會立即刷新到主內存。但是 volatile 關鍵字不能保證操作的原子性。

synchronized和加鎖也能能保證可見性，實現原理就是在釋放鎖之前其余線程是訪問不到這個共享變量的。但是和 volatile 相比開銷較大。

3. 順序性

假設有三個語句a,b,c。在同一個線程內，操作是有序的，以a->b->c的順序執行。但是，JMM在保證最終結果和代碼順序執行結果一致的情況下，為了提高整體效率會進行指令重排。在單線程中重排不會問題，在多小縣城中，可能會有數據不一致的問題。

Java中可以使用volatile關鍵字來保證順序性，還可以用synchronized和lock來保證。

volatile 關鍵字通過添加內存屏障的方式來禁止指令重排，即重排序時不能把后面的指令放到內存屏障之前。

通過 synchronized 和 lock 來保證有序性，它保證每個時刻只有一個線程執行同步代碼，相當于是讓線程順序執行同步代碼。

JVM通過happen-before來保證順序性

除了使用volatile和synchronized保證順序性，JVM還規定了先行發生原則，讓一個操作無需控制就能先于另一個操作完成。

單一線程原則：在一個線程內，程序前面的操作先于后面的操作。

管程鎖定規則：一個unlock操作先于后面對同一個鎖的lock操作發生。

volatile變量規則：對一個 volatile 變量的寫操作先行發生于后面對這個變量的讀操作，也就是說讀取的值肯定是最新的。

線程啟動規則：Thread對象的start()方法調用先行發生于此線程的每一個動作。

線程加入規則：Thread 對象的結束先行發生于 join() 方法返回。

線程中斷規則：對線程 interrupt() 方法的調用先行發生于被中斷線程的代碼檢測到中斷事件的發生，可以通過 interrupted() 方法檢測到是否有中斷發生。

對象終結規則：一個對象的初始化完成（構造函數執行結束）先行發生于它的 finalize() 方法的開始。

傳遞性：如果操作 A 先行發生于操作 B，操作 B 先行發生于操作 C，那么操作 A 先行發生于操作 C。

參考資料

• github.com/CyC2018/CS-…
• crossoverjie.top/JCSprout/#/…

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java多线程编程笔记4：Java内存模型的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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