Java內存模型(Java Memory Model,簡稱JMM)是Java虛擬機規范中定義的一個關鍵部分,它描述了Java程序中各種變量(線程共享的實例字段、靜態字段和數組元素)的訪問規則,以及在多線程環境下如何保證數據的共享和可見性。JMM的主要目的是定義多個線程之間共享變量的內存可見性以及操作的原子性。以下是JMM的一些核心概念:
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主內存和工作內存:
- 主內存(Main Memory):所有線程共享的內存區域,用于存儲共享變量。
- 工作內存(Working Memory):每個線程有自己的工作內存,其中存儲了其本地的變量副本(如實例字段、靜態字段和數組元素)。
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可見性:
- 可見性是指當一個線程修改了共享變量的值,其他線程能夠立即看到這個修改。
- JMM通過主內存和工作內存的交互來保證可見性。線程對共享變量的操作必須先在讀取到主內存中的最新值之后,再寫入工作內存進行緩存。其他線程讀取時,則必須從主內存中讀取最新的值。
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原子性:
- 原子性是指一個操作要么全部執行成功,要么全部不執行,不會被其他線程干擾。
- JMM提供了原子性的保證,但并非所有操作都是原子的。例如,自增操作(i++)在JMM下并不是原子性的,它實際上包含了三個步驟:讀取i的值,增加i的值,將新值寫回i。在多線程環境下,這三個步驟可能會被打斷,導致數據不一致。為了解決這個問題,Java提供了
synchronized
關鍵字和java.util.concurrent.atomic
包中的原子類來保證操作的原子性。
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有序性:
- 有序性是指編譯器和處理器在不改變單線程執行結果的前提下,可以對指令進行重新排序。
- JMM通過使用內存屏障(Memory Barrier)來禁止編譯器和處理器對指令進行重排序,從而確保多線程環境下的操作順序與程序代碼中的順序一致。
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Happens-Before關系:
- Happens-Before是JMM中的一個重要概念,用于描述操作之間的偏序關系。
- 如果一個操作A Happens-Before另一個操作B,那么A的執行結果將對B可見,并且A和B之間的操作順序不會被重排序。
- JMM定義了一些Happens-Before關系,如volatile變量的寫操作Happens-Before讀操作、鎖的釋放操作Happens-Before加鎖操作等。
通過理解和應用這些核心概念,可以更好地設計和實現多線程程序,確保數據的正確性和一致性。