深度剖析 Java 内存模型，彻底理解 happen-before 规则

2023-10-19 09:06:25

Java 内存模型：驾驭多线程编程的利器

多线程编程是 Java 语言的一大亮点，它使我们能够并发执行任务，最大程度地利用现代处理器的能力。然而，多线程也带来了线程安全方面的挑战，即确保多个线程同时访问共享数据时数据的完整性和程序的稳定性。Java 内存模型（JMM）就是帮助我们解决这一挑战的利器，它定义了 Java 程序中线程如何共享内存。

JMM 的核心理念

JMM 是一个抽象模型，了 Java 程序中线程之间的内存交互行为。它的核心理念是：

主内存和工作内存： 每个线程都有自己的工作内存，用于存储该线程的私有变量，而主内存是所有线程共享的，用于存储共享变量。
可见性： 当一个线程修改了共享变量，其他线程必须能看到这一修改。JMM 通过 happen-before 规则来保证可见性。
原子性： 原子操作是一个不可中断的操作。JMM 保证原子操作是不可中断的。

Happen-before 规则

happen-before 规则是 JMM 的核心，它规定了哪些操作对其他操作是可见的。主要包括以下几条规则：

程序顺序规则： 一个线程中的操作按程序顺序执行，后面的操作必须等到前面的操作执行完。
管程锁定规则： 一个线程获得锁之后，该线程对共享变量的所有操作都对其他线程可见。
volatile 变量规则： 对 volatile 变量的写操作会立即同步到主内存，对 volatile 变量的读操作会立即从主内存读取。
final 变量规则： 对 final 变量的写操作在构造函数中完成之后立即对其他线程可见。
线程启动规则： 一个线程启动时，该线程可以看到其他线程已经初始化完成的所有变量。

Happen-before 规则的应用

happen-before 规则在 Java 并发编程中有广泛的应用，例如：

保证共享变量的可见性： 通过 happen-before 规则，可以保证一个线程修改共享变量时，其他线程能够及时看到这一修改。
实现线程安全： 通过 happen-before 规则，可以实现线程安全。例如，可以使用锁来保证对共享变量的访问是原子性的。
提高程序性能： 通过 happen-before 规则，可以提高程序性能。例如，可以使用 volatile 变量来避免不必要的内存同步。

代码示例：

public class Counter {
    private int count;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Counter counter = new Counter();

        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
                counter.increment();
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
                counter.increment();
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();

        System.out.println(counter.count); // 输出 2000000
    }
}