Java存儲器模型（JMM）定義了線程如何與內(nèi)存，管理性更新的可見性，訂購和原子性相互作用。 2。如果沒有正確的同步，一個線程可能不會看到另一個由於緩存或指令重新排序而看到的更改。 3。發(fā)生的關(guān)係可確保通過程序順序，鎖，揮發(fā)性變量，線程啟動/加入建立可見性和訂購。 4。聲明可變的揮發(fā)性可確保可見性並防止重新排序，使其適用於標(biāo)誌，但不適合原子化合物操作。 5。諸如增量之類的原子操作需要原子素，同步塊或鎖以防止比賽條件。 6。同步塊提供了相互排除和保證，確保了共享數(shù)據(jù)的安全發(fā)布。 7.正確構(gòu)造的不變對像中的最終字段可在其他線程中可見，而無需其他同步。 8。最佳實(shí)踐包括使用揮發(fā)性來進(jìn)行簡單的標(biāo)誌，利用java.util.concurrent實(shí)用程序，更喜歡不變性，並避免依賴直觀的訂購。 9。在實(shí)際多線程條件下始終測試並發(fā)代碼，因?yàn)楦傎悧l件可能不會出現(xiàn)在單線程執(zhí)行中。 10。了解JMM可以通過設(shè)計(jì)而不是機(jī)會編寫正確的可預(yù)測的並發(fā)程序。

在使用Java（尤其是在並發(fā)或高性能應(yīng)用程序中）時，了解Java內(nèi)存模型（JMM）至關(guān)重要。它定義了線程如何通過內(nèi)存相互作用以及哪些行為在多線程代碼中是合法的。雖然Java通過垃圾收集來抽像大部分的內(nèi)存管理，但JMM控制著跨線程的可見性，訂購和原子能的可見性，並且弄錯了它可能會導(dǎo)致微妙的，難以挑剔的問題，例如種族條件，陳舊的數(shù)據(jù)或無限循環(huán)。

讓我們用實(shí)際術(shù)語分解Java內(nèi)存模型。

什麼是Java內(nèi)存模型？

Java內(nèi)存模型是Java語言規(guī)範(fàn)（JLS）中的規(guī)範(fàn)，該規(guī)範(fàn)描述了線程如何與Java應(yīng)用程序中的內(nèi)存交互。它不能決定如何佈置內(nèi)存（例如堆或堆棧），而是定義了一個線程變量的更改何時必須對其他人可見。

關(guān)鍵想法：如果沒有正確的同步，一個線程可能看不到另一線程的更新，即使這些更新很久以前就發(fā)生了。

發(fā)生這種情況是因?yàn)椋?

• 每個線程可能會在CPU寄存器或本地緩存中緩存變量。
• 編譯器和處理器可以重新排序指令進(jìn)行優(yōu)化（只要保留單線程語義）即可。
• JMM在這些行為上設(shè)定了邊界，以允許性能和可預(yù)測的並發(fā)性。

問題：可見性和重新排序

想像一下這種情況：

 //共享變量
int value = 0;
布爾準(zhǔn)備= false;

//線程1
值= 42;
準(zhǔn)備就緒= true;

//線程2
while（！準(zhǔn)備）{
    // 旋轉(zhuǎn)
}
system.out.println（value）; //什麼被打印出來？

您可能希望這打印42 。但是沒有同步，JMM允許：

• 線程2永遠(yuǎn)不會退出循環(huán)（由於ready緩存）。
• 線程2查看ready == true ，但value == 0 （如果重新排序或不沖洗寫作）。
• 編譯器重新訂購value = 42並ready = true 1中的編譯器。

這是JMM介入的地方 - 通過定義發(fā)生在關(guān)係之前的情況。

發(fā)生在之前：核心保證

在關(guān)係之前發(fā)生的是JMM的基石。如果一個動作發(fā)生在另一個動作之前，則第一個是可見的，並在第二個之前訂購。

建立發(fā)生之前的一些關(guān)鍵方法：

• 程序順序規(guī)則：每個線程都會在操作之間以代碼出現(xiàn)的順序出現(xiàn)在操作之間。
• 監(jiān)視器鎖定規(guī)則：在同一監(jiān)視器上的每個後續(xù)鎖之前發(fā)生在監(jiān)視器上的解鎖。
• 揮發(fā)性變量規(guī)則：將其寫入揮發(fā)性變量發(fā)生 - 在隨後的每個讀取同一揮發(fā)性變量之前。
• 線程啟動規(guī)則：調(diào)用thread.start()發(fā)生 - 在開始線程中的任何操作之前。
• 線程JOIN規(guī)則：線程中的所有操作發(fā)生在該線程的返回之前join() 。

返回我們的示例 - 如果我們ready就緒揮發(fā)性：

揮發(fā)性布爾值準(zhǔn)備= false;

現(xiàn)在：

• 寫入value寫入之前 - 寫入ready （程序順序）。
• 在讀取ready 2（揮發(fā)性規(guī)則）之前，寫入為ready就緒。
• 因此，線程2中的value的讀取從線程1中看到寫入。

結(jié)果：保證打印42 。

揮發(fā)性：不僅僅是“無緩存”

許多開發(fā)人員認(rèn)為volatile只是阻止了緩存 - 但它做了兩件事：

1. 確?？梢娦?/strong>：文字立即被沖洗到主內(nèi)存，讀取來自主內(nèi)存。
2. 防止重新排序：JVM和CPU不會重新排序讀取/寫入揮發(fā)性訪問。

具體來說：

• 任何先前的讀/寫入都無法重新排序揮發(fā)性變量的讀取。
• 揮發(fā)性變量的寫入無法通過隨後的任何讀/寫入重新排序。

這使得volatile對標(biāo)誌和狀態(tài)指標(biāo)有用，但對於諸如count類的複合操作不足。

原子和種族條件

JMM還定義了哪些操作是原子。

保證原子：

• 讀/寫入int和reference類型。
• 讀/寫入volatile long而volatile double （因?yàn)樗鼈兘?jīng)過特殊對待）。

不是原子：

• 常規(guī)讀取/寫入long和double （可以分為兩個32位操作，儘管在大多數(shù)現(xiàn)代JVM上，它們實(shí)際上是原子能的）。
• 甚至在int上，諸如i （讀取模式寫入）之類的複合動作。

因此，即使可見變量，您仍然可以擁有種族條件：

揮發(fā)性int計(jì)數(shù)器= 0;

//在多個線程中：
櫃檯 ; //不是原子！需要同步。

在這種情況下，使用AtomicInteger ， synchronized或lock 。

同步和JMM

synchronized塊的作用不僅僅是相互排斥 - 它們建立了發(fā)生的關(guān)係。

當(dāng)線程退出synchronized塊時：

• 在下一個線程獲取它之前，所有人都在發(fā)布監(jiān)視器之前寫下。

例子：

對象鎖=新對象（）;
int data = 0;
布爾準(zhǔn)備= false;

//線程1
同步（鎖）{
    數(shù)據(jù)= 42;
    準(zhǔn)備就緒= true;
}

//線程2
同步（鎖）{
    如果（準(zhǔn)備就緒）{
        system.out.println（data）; //保證看到42
    }
}

即使沒有volatile ，同步塊也會在鏈條前創(chuàng)建一個發(fā)生的鏈接，從而確?？梢娦浴?/p>

最終字段和JMM

JMM經(jīng)常被忽視的部分是它如何處理final字段。

關(guān)鍵點(diǎn)：正確構(gòu)造的最終字段總是在沒有同步的情況下可見其他線程。

例子：

公共類不成熟的對象{
    最終int值；
    最終字符串名稱;

    public immableableObject（int value，string name）{
        this.value = value;
        this.name = name;
    }
}

如果線程安全地發(fā)布了一個ImmutableObject的實(shí)例（例如，通過正確構(gòu)造的列表或靜態(tài)字段），其他線程也會看到value和name的正確值 - 即使無同步共享對像也是如此。