打破常规、洞悉本质：Java 内存模型（JMM）详解

2023-09-07 08:53:58

在计算机系统中，内存是至关重要的资源，它存储着程序运行时的数据和指令。在多线程环境下，多个线程同时访问共享内存时，可能出现内存可见性问题，导致数据不一致等问题。为了解决这一问题，Java 虚拟机规范定义了 Java 内存模型（Java Memory Model，简称 JMM），它是一套规范，定义了线程如何访问和更新共享内存，以及如何确保内存可见性。

一、JMM 的基本概念

主内存（Main Memory） ：所有线程共享的物理内存，是所有变量的真实来源。
工作内存（Working Memory） ：每个线程私有的内存区域，存储着该线程从主内存中拷贝的变量副本。
内存屏障（Memory Barrier） ：一种指令，用于强制线程在执行内存操作之前或之后将数据刷新到主内存或从主内存中加载数据。
可见性（Visibility） ：一个线程对共享变量的修改对其他线程是否可见。
原子性（Atomicity） ：一个操作要么全部执行，要么完全不执行。

二、JMM 的实现

JMM 的实现主要依赖于编译器和硬件体系结构。

编译器 ：编译器在编译时会将代码中的共享变量访问指令转换为低级的内存操作指令，如 load 和 store。
硬件体系结构 ：硬件体系结构提供了内存屏障指令，用于强制线程在执行内存操作之前或之后将数据刷新到主内存或从主内存中加载数据。

三、JMM 的内存可见性规则

JMM 定义了几种内存可见性规则，以确保线程之间共享变量的可见性。

happen-before 规则 ：如果一个操作 A 在另一个操作 B 之前执行，并且 A 和 B 之间没有数据依赖关系，那么 A 对共享变量的修改对 B 是可见的。
锁规则 ：如果一个线程获取了一个锁，那么它对共享变量的修改对其他线程是可见的。
volatile 变量规则 ：如果一个共享变量被声明为 volatile，那么对该变量的修改对所有线程都是可见的。
final 变量规则 ：如果一个共享变量被声明为 final，那么对该变量的修改对所有线程都是可见的。

四、JMM 的原子性规则

JMM 定义了几种原子性规则，以确保共享变量的原子性。