基础：Java内存模型（JMM）

浅浅的花香味﹌ 2024-03-22 17:53 83阅读 0赞

## 一、简介 ##

> 创建一个对象需要分配内存空间，不需要该对象时及时回收，这个内存的控制是由Java虚拟机完成的
> 
>  *  所有的共享变量都存储于主内存，共享变量：实例变量和类变
>  *  每一个线程存在自己的工作内存，局部变量属于线程私有，线程对变量的所有操作（读/写）都必须在工作内存中进行，不能直接读写主内存中的变量
>  *  不同线程之间无法直接访问对方工作内存中的变量，Java 线程间的通信采用的是共享内存方式
> 
> 线程间通信方式
> 
>  *  消息传递
>  *  共享内存

### 二、原子性、可见性、有序性 ###

### 1.原子性 ###

**定义**：一个或多个操作，要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就不执行

原子性是拒绝多线程操作的，不论是多核还是单核，具有原子性的量，同一时刻只能有一个线程来对它进行操作

*  对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作
 *  变量之间的相互赋值不是原子操作
 *  Java内存模型只保证了**基本读取和赋值**是原子性操作，如果要实现更大范围操作的原子性，可以通过**synchronized**和**Lock**来实现。

### 2.可见性 ###

**定义**：当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。

Java提供了**volatile**关键字来保证可见性，当一个共享变量被volatile修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存，当有其他线程需要读取时，它会去内存中读取新值。

通过**synchronized**和**Lock**也能够保证可见性，synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码，并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中。因此可以保证可见性。

>     static boolean flag = true;
>     
>         public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
>             Thread thread = new Thread(new Runnable() {
>                 @Override
>                 public void run() {
>                     while (true) {
>                         if (!flag) {
>                             break;
>                         }
>                     }
>                 }
>             });
>             thread.start();
>             Thread.sleep(1000);
>             flag = false;
>         }
> 
> 在这个例子中，通过主线程中修改flag标志位，让线程thread退出循环
> 
> 但结果却不会退出while循环
> 
> 因为线程thread最开始从主内存读取flag的值为true，然后JIT编译器会将读取的值存入线程thread的工作内存中，thread线程读取会直接从工作内存中那值，在主线程中对flag进行修改，thread线程并不会去读取主内存的值，直接从缓存中拿
> 
> 解决办法：使用 volatile
> 
>  *  线程操作 volatile 变量都是直接操作主存

### **3.有序性** ###

**定义：**程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行

**指令重排序**：一般来说，处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化，它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。

指令重排序不会影响单个线程的执行，但是会影响线程并发执行的正确性

**总结：**

要想并发程序正确地执行，必须要保证原子性、可见性以及有序性。只要有一个没有被保证，就有可能会导致程序运行不正确

### 三、如何解决可见性——synchronized和volatile ###

#### 1.用synchronized加锁 ####

当一个线程进入synchronized代码块后，线程会获得锁，清空工作内存，从主内存中拷贝共享变量最新的值到工作内存中存为副本，执行代码块后，将修改的副本的值刷新回主内存中，线程释放锁

其他获取锁失败的线程，会进入阻塞，等待释放锁，这样就保证了当前获取的变量的值是最新的。

**产生问题：**加锁不可避免的会涉及到线程切换，会增加系统开销

#### **2.volatile修饰变量** ####

*  保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。
 *  禁止进行指令重排序

**volatile修饰的变量是在主存上进行读写操作，所以可以保证可见性**

## 四、volatile和synchronized的区别 ##

*  **volatile**只能修饰实例变量和类变量，而**synchronized**可以修饰方法，以及代码块
 *  volatile保证数据的可见性，但是不保证原子性(多线程进行写操作，不保证线程安全);而synchronized可以保证原子性
 *  volatile用于禁止指令重排序：可以解决单例双重检查对象初始化代码执行乱序问题。
 *  如果是对一个共享变量进行多个线程的赋值，而没有其他的操作，可以用volatile来代替synchronized，因为赋值本身是有原子性的，而volatile保证了可见性，所以就可以保证线程安全
 *  volatile是无锁操作，所以性能比synchronized更好

## 五、synchronized和Lock ##

*  synchronized是关键字，属于JVM层面，而Lock是一个接口，属于JDK层面
 *  synchronized会主动释放锁，但是Lock必须手动释放
 *  synchronized具有原子性，所以是不可中断的，而Lock可中断也可以不中断
 *  synchronized可以锁住代码块和方法，而Lock只能锁住方法
 *  synchronized是非公平锁，ReentrantLock可以控制是否是公平锁。