1、Java的內(nèi)存模型（JMM）介紹

JMM核心定義和作用

Java內(nèi)存模型（Java Memory Model，JMM）是Java虛擬機(jī)規(guī)范中定義的一種抽象概念，它規(guī)定了多線程環(huán)境下，線程如何與內(nèi)存進(jìn)行交互。

JMM的核心作用：

• 定義程序中各個(gè)變量的訪問規(guī)則

• 確保多線程程序的可見性、有序性和原子性

• 屏蔽不同硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)的內(nèi)存訪問差異

JVM和JMM的區(qū)別

說到JMM，我們不得不提到它經(jīng)常被人所搞混淆的另一個(gè)概念JVM，我們用一張表來直觀表現(xiàn)出它們的區(qū)別。

2.JMM核心概念

主內(nèi)存和工作內(nèi)存

• 主內(nèi)存：所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域，存儲(chǔ)所有實(shí)例字段、靜態(tài)字段和數(shù)組元素

• 工作內(nèi)存：每個(gè)線程私有的內(nèi)存空間，存儲(chǔ)線程使用變量的副本

當(dāng)某個(gè)線程需要使用到內(nèi)存中的變量時(shí)，他會(huì)先從主內(nèi)存中復(fù)制一份該變量的副本到自己的工作內(nèi)存當(dāng)中，使用完后再將該變量寫入主內(nèi)存的共享內(nèi)存中。

內(nèi)存間的交互操作

• lock/unlock：作用于主內(nèi)存，標(biāo)識(shí)變量為線程獨(dú)占狀態(tài)

• read/load：從主內(nèi)存讀取變量到工作內(nèi)存

• use/assign：工作內(nèi)存中使用和賦值操作

• store/write：將工作內(nèi)存變量寫回主內(nèi)存

內(nèi)存三大特性

原子性

核心概念：原子性指一個(gè)操作或一系列操作要么全部執(zhí)行成功，要么全部不執(zhí)行，不會(huì)出現(xiàn)執(zhí)行到一半的狀態(tài)。

// 原子操作示例
int x = 10;           // 原子的：一次性賦值
boolean flag = true;  // 原子的

// 非原子操作示例
int i = 0;
i++;                  // 非原子的，實(shí)際包含3個(gè)步驟：
                      // 1.讀取i的值到寄存器 
                      // 2.寄存器值加1     
                      // 3.寫回內(nèi)存        

可見性

核心概念：可見性指當(dāng)一個(gè)線程修改了共享變量的值，其他線程能夠立即看到修改后的值。

 private boolean running = true;  // 主內(nèi)存中的變量
    
    public void run() {
        while (running) {  // 工作內(nèi)存中的副本
            // 看不到running被改為false
        }
    }
    
    public void stop() {
        running = false;  // 修改主內(nèi)存，但工作內(nèi)存可能沒更新
    }

有序性

核心概念：有序性指程序執(zhí)行的順序按照代碼的先后順序執(zhí)行。但在多線程或優(yōu)化環(huán)境下，指令可能被重排序。

重排序原因：

• 編譯器優(yōu)化重排序

• 處理器指令級(jí)并行重排序

• 內(nèi)存系統(tǒng)重排序

 private int x = 0;
 private boolean flag = false;
    
    // 線程1執(zhí)行
    public void writer() {
        x = 42;          // 1
        flag = true;     // 2 可能被重排到1之前！
    }
    
    // 線程2執(zhí)行
    public void reader() {
        if (flag) {      // 3
            System.out.println(x);  // 可能輸出0而不是42！
        }
    }

3.Happens-Before規(guī)則

Happens-Before規(guī)則介紹

Happens-Before是JMM的核心概念，它定義了兩個(gè)操作之間的偏序關(guān)系：

• 如果操作A happens-before? 操作B

• 那么A的所有寫操作對(duì)B的讀操作都是可見的

有點(diǎn)難看懂，我們用一個(gè)簡單的例子就能快速理解

// 核心：happens-before ≠ 時(shí)間先后
int x = 0;
int y = 0;

// 時(shí)間上：先執(zhí)行1，后執(zhí)行2
x = 1;      // 1
y = x + 1;  // 2

// 邏輯上：1 happens-before 2
// 所以2一定能看到1寫入的值

A happens-before B 翻譯過來就是：A對(duì)B可見。

六大happens-before規(guī)則

• 程序次序規(guī)則:線程內(nèi),按照程序代碼順序，前面的操作happens-before后面的操作。
• 監(jiān)視器鎖規(guī)則:對(duì)一個(gè)鎖的解鎖操作happens-before后續(xù)對(duì)這個(gè)鎖的加鎖操作。
• volatile變量規(guī)則:對(duì)一個(gè)volatile變量的寫操作happens-before后續(xù)對(duì)這個(gè)變量的讀操作。
• 線程啟動(dòng)規(guī)則:Thread對(duì)象的start()方法調(diào)用happens-before該線程的每一個(gè)動(dòng)作。
• 線程終止規(guī)則:線程中的所有操作happens-before其他線程檢測(cè)到該線程已經(jīng)終止
• 傳遞性規(guī)則:如果A happens-before B，且B happens-before C，那么A happens-before C

4.volatile關(guān)鍵字

核心概述：volatile是一個(gè)重要的關(guān)鍵字，用于告知編譯器某個(gè)變量的值可能會(huì)被程序外部的因素意外修改，從而避免編譯器對(duì)該變量進(jìn)行優(yōu)化。它的主要作用是確保每次訪問變量時(shí)都從內(nèi)存中讀取最新的值，而不是使用寄存器中的緩存值。

volatile提供了兩大保證：

• 可見性：修改立即對(duì)所有線程可見
• 有序性：禁止指令重排序

 private volatile boolean flag = false;
    private int count = 0;
    
    public void writer() {
        count = 42;        // 普通寫操作
        flag = true;       // volatile寫操作
    }
    
    public void reader() {
        if (flag) {        // volatile讀操作
            // 這里一定能看到count=42
            System.out.println(count);
        }
    }

5.JMM的常見誤區(qū)

volatile無法保證原子性

volatile可以保證可見性和有序性，但和synchronized不一樣，不能保證原子性

// 錯(cuò)誤:以為volatile能保證原子性
volatile int count = 0;
count++;  // 非原子操作

// 正確:使用原子類或同步
AtomicInteger atomicCount = new AtomicInteger(0);
atomicCount.incrementAndGet();

指令重排序的陷阱

// 可能由于重排序?qū)е聠栴}
int a = 0;
boolean flag = false;

// 線程1
a = 1;          // 1
flag = true;    // 2 可能重排到1之前

// 線程2
if (flag) {
    System.out.println(a);  // 可能輸出0
}

此時(shí)我們需對(duì)flag使用volatile關(guān)鍵字修飾即可保證在a賦值后再執(zhí)行flag=true操作。

總結(jié)

到此這篇關(guān)于Java內(nèi)存模型的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java內(nèi)存模型內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評(píng)論