JMM之跨平台的JMM

Java内存模型 (JMM)：多线程编程的指南

导言

多线程编程是并发编程的一种形式，它允许在单个程序中同时执行多个任务。在 Java 中，Java 内存模型 (JMM) 是一套规范，它定义了共享变量在多线程环境下的访问行为，从而确保了多线程程序的正确性和一致性。

跨平台的 JMM

JMM 具有跨平台性，这意味着它可以在各种平台上实现，包括 Java 虚拟机 (JVM)、操作系统和硬件。这种跨平台性使 Java 程序具有可移植性，允许它们在不同的平台上运行，同时确保行为一致。

JMM 实现

JMM 的实现方式因平台而异，以下是常见方法：

1. 基于锁的实现

这种方法使用锁来控制对共享变量的访问。当一个线程获取锁时，它可以独占地访问变量，而其他线程必须等待锁被释放才能访问它。虽然这种方法保证了原子性和有序性，但它可能会引入性能开销。

2. 基于引用计数的实现

该方法使用引用计数来管理对共享变量的访问。当一个线程获得对变量的引用时，引用计数就会增加，当线程释放引用时，引用计数就会减少。当引用计数降为零时，变量会被回收。虽然这种方法确保了可见性，但它也可能带来性能开销。

3. 基于写入屏障的实现

这种方法使用写入屏障来管理共享变量的更新。当一个线程写入共享变量时，它必须先写入写入屏障，该屏障会将最新值存储到内存中，并通知其他线程更新已经发生。这种方法提供可见性，同时比基于锁或基于引用计数的方法具有更低的性能开销。

JMM 中的关键概念

JMM 定义了几个关键概念：

• 可见性： 指一个线程能够访问另一个线程写入的共享变量。
• 原子性： 指一个操作要么全部执行，要么不执行。
• 有序性： 指多个操作的执行顺序与程序中指定的顺序一致。
• 一致性： 指多个线程看到的共享变量的值是一致的。

JMM 中的 happens-before 关系

happens-before 关系定义了事件之间的部分顺序。它确保一个线程在执行一个操作之前，另一个线程已经执行了另一个操作。

JMM 中的 volatile 和 synchronized

• volatile： volatile 确保共享变量的可见性，这意味着线程始终看到最新写入的值。
• synchronized： synchronized 关键字确保共享变量的原子性和有序性，这意味着只有一个线程可以同时访问变量，并且操作的执行顺序与程序中指定的顺序一致。

结论

JMM 是 Java 多线程编程的基础，它为共享变量的访问提供了一致性和正确性的框架。通过了解 JMM 的概念和实现，开发者可以编写出健壮且可扩展的多线程程序。

常见问题解答

1. JMM 是如何确保可见性的？

   • JMM 通过写入屏障或内存屏障等机制来确保可见性，它们保证一个线程写入共享变量后，其他线程将看到更新的值。

2. volatile 和 synchronized 有什么区别？

   • volatile 确保可见性，而 synchronized 确保原子性和有序性。volatile 性能开销更低，而 synchronized 性能开销更高，但提供了更强的保证。

3. happens-before 关系如何帮助确保程序的正确性？

   • happens-before 关系指定了事件之间的顺序，这有助于防止数据竞争和死锁等问题。

4. JMM 的实现如何影响多线程程序的性能？

   • JMM 的不同实现具有不同的性能开销。例如，基于锁的实现可能比基于引用计数或基于写入屏障的实现具有更高的开销。

5. 在选择 JMM 实现时，需要考虑哪些因素？

   • 在选择 JMM 实现时，需要考虑程序的特定要求、性能开销、平台支持和可移植性等因素。