了解Java内存模型（Java Memory Model, JMM）

news2024/11/29 2:30:32

了解Java内存模型（Java Memory Model, JMM）

Java内存模型（Java Memory Model, JMM）是Java语言规范中规定的一组规则，定义了多线程程序中变量（包括实例字段、静态字段和数组元素）的访问方式。JMM的设计目标是保证线程之间的内存可见性和操作的有序性，从而帮助开发者编写并发安全的程序。本文将详细介绍Java内存模型的各个方面。

1. 内存模型的基础

JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系。在JMM中，每个线程都有一个私有的本地内存，包含了该线程使用到的变量的副本。线程之间的通信（例如一个线程写入一个变量，另一个线程读取这个变量）必须通过主内存来完成。一个线程对变量的修改必须在写入主内存后，其他线程才能看到这次修改。

2. 内存可见性

内存可见性是指一个线程对变量的修改，另一个线程能够看到的条件。JMM通过以下几个关键字来保证内存可见性：

2.1 volatile关键字

volatile关键字保证了变量在多个线程之间的可见性。当一个变量被声明为volatile时，JMM会保证所有线程都能看到这个变量的最新值。具体来说，JMM通过以下两个规则实现volatile的语义：

当写入一个volatile变量时，JMM会强制将该变量的值刷新到主内存中。
当读取一个volatile变量时，JMM会强制从主内存中读取该变量的最新值。

2.2 synchronized关键字

synchronized关键字用于实现线程之间的互斥访问。除了互斥功能外，synchronized还可以保证内存可见性：

当一个线程进入synchronized块时，它必须先获得该块对象的锁，并清空本地内存中的变量副本。
当一个线程退出synchronized块时，它必须将对变量的修改刷新到主内存中，并释放锁。

通过这种机制，synchronized保证了在synchronized块内对变量的修改对其他线程可见。

3. 有序性

有序性是指在多线程程序中，程序的执行顺序与代码的顺序一致。JMM通过以下几个方面来保证有序性：

3.1 happens-before规则

JMM通过happens-before原则来定义操作之间的有序性。happens-before是指如果一个操作happens-before另一个操作，那么第一个操作的结果对第二个操作可见，并且第一个操作在第二个操作之前执行。JMM定义了以下几种常见的happens-before关系：

程序次序规则：在一个线程内，按照代码顺序，前面的操作happens-before后面的操作。
锁定规则：一个unlock操作happens-before后面对同一个锁的lock操作。
volatile变量规则：对一个volatile变量的写操作happens-before后面对该变量的读操作。
线程启动规则：Thread对象的start()方法happens-before该线程的每一个动作。
线程终止规则：线程中的所有操作happens-before其他线程检测到该线程已经终止（通过Thread.join()或Thread.isAlive()方法）。