从并发看Java内存模型

前言

并发编程是计算机科学中一个重要的分支，它可以使计算机同时处理多个任务，从而提高程序的执行效率。然而，并发编程也带来了很多问题，其中一个重要的问题就是内存可见性问题。

在并发编程中，多个线程可能会同时访问同一个共享变量，如果这些线程对共享变量的访问没有进行同步，就可能会出现内存可见性问题。内存可见性问题是指一个线程对共享变量的修改对另一个线程不可见。这会导致程序出现错误的结果，甚至导致程序崩溃。

Java内存模型

Java内存模型（Java Memory Model，简称JMM）是Java语言规范中定义的一套规则，它规定了Java程序中共享变量的访问规则。JMM保证了Java程序中共享变量的访问是原子的，即一个线程对共享变量的修改对另一个线程是可见的。

JMM将Java程序中的内存划分为两部分：主内存和工作内存。主内存是所有线程共享的内存，工作内存是每个线程私有的内存。当一个线程对共享变量进行操作时，它首先会将共享变量从主内存复制到自己的工作内存中，然后再对共享变量进行操作。当一个线程对共享变量的修改完成后，它会将共享变量从自己的工作内存复制回主内存。

JMM通过以下几个机制来保证共享变量的访问是原子的：

• 原子性： JMM将共享变量的访问操作定义为原子操作，即一个原子操作要么完全执行，要么完全不执行。原子操作不会被其他线程打断。
• 可见性： JMM通过happens-before原则来保证共享变量的可见性。happens-before原则是指如果一个操作happens-before另一个操作，那么第一个操作对共享变量的修改对第二个操作是可见的。happens-before原则有以下几种情况：
  • 程序顺序原则： 一个线程中的操作按照程序的顺序执行，后面的操作happens-before前面的操作。
  • 管程锁定原则： 一个线程获取锁之前的所有操作happens-before该线程释放锁之后的所有操作。
  • volatile变量原则： 对一个volatile变量的写操作happens-before对同一个volatile变量的读操作。
  • final变量原则： 对一个final变量的写操作happens-before对同一个final变量的读操作。
  • 线程启动原则： 一个线程启动之前的所有操作happens-before该线程启动之后的所有操作。
  • 线程终止原则： 一个线程终止之前的所有操作happens-before该线程终止之后的所有操作。

共享变量的访问

在Java程序中，共享变量的访问需要遵循一定的规则，才能保证程序的正确性。以下是一些常见的共享变量访问规则：

• 使用volatile修饰共享变量： volatile关键字可以保证共享变量的可见性，即一个线程对共享变量的修改对另一个线程是可见的。
• 使用synchronized关键字或lock锁来同步对共享变量的访问： synchronized关键字和lock锁可以保证共享变量的原子性，即一个线程对共享变量的修改不会被其他线程打断。
• 避免使用非线程安全类： 非线程安全类是指在多线程环境下不能保证其正确性的类。在并发编程中，应尽量避免使用非线程安全类，否则可能会导致程序出现错误的结果，甚至导致程序崩溃。

结语

Java内存模型是Java并发编程的基础，理解Java内存模型对于解决并发编程中的内存可见性和原子性问题非常重要。通过使用volatile关键字、synchronized关键字或lock锁来同步对共享变量的访问，可以保证程序的正确性。