Java内存模型是什么?

Java内存模型规定和指引Java程序在不同的内存架构、CPU和操作系统间有确定性地行为。它在多线程的情况下尤其重要。Java内存模型对一个线程所做的变动能被其它线程可见提供了保证,它们之间是先行发生关系。这个关系定义了一些规则让程序员在并发编程时思路更清晰。比如,先行发生关系确保了:

  • 线程内的代码能够按先后顺序执行,这被称为程序次序规则。
  • 对于同一个锁,一个解锁操作一定要发生在时间上后发生的另一个锁定操作之前,也叫做管程锁定规则。
  • 前一个对volatile的写操作在后一个volatile的读操作之前,也叫volatile变量规则。
  • 一个线程内的任何操作必需在这个线程的start()调用之后,也叫作线程启动规则。
  • 一个线程的所有操作都会在线程终止之前,线程终止规则。
  • 一个对象的终结操作必需在这个对象构造完成之后,也叫对象终结规则。
  • 可传递性
我强烈建议大家阅读《Java并发编程实践》第十六章来加深对Java内存模型的理解。
### Java内存模型(JMM)的定义 Java内存模型(JMM,Java Memory Model)作为Java语言规范的一部分,旨在规定多线程环境下变量访问规则,尤其是共享变量的可见性和有序性[^1]。此模型确保不同平台上运行的Java程序能够具有一致的行为模式。 #### 抽象概念区分 为了更好地理解和应用JMM,需明确两个重要抽象概念——主存与工作内存: - **主存**:代表所有线程可访问的公共存储空间;它涵盖了诸如堆和方法区这样的区域。 - **工作内存**:每个线程拥有自己独立的工作副本,其中保存了该线程正在使用的局部变量和其他状态信息,类似于实际计算机体系结构中的寄存器或高速缓存[^2]。 这种设计使得即使是在高度并行化的环境中执行代码时也能保持数据的一致性和准确性。 #### 原子性、有序性及可见性的保障机制 JMM围绕三个主要特性构建其核心功能: - **原子性**:保证某些特定操作要么全部完成,要么完全不发生; - **有序性**:防止编译器重排序优化破坏程序逻辑顺序; - **可见性**:当一个线程修改了一个共享变量之后,其他线程可以立即看到这个变化[^4]。 这些特性的实现依赖于一系列复杂的协议和技术手段来协调多个处理器之间的交互过程,并且还涉及到如何处理锁竞争等问题。 ```java // 使用 volatile 关键字确保字段更新对于所有线程都是可见的 public class SharedResource { private volatile boolean flag = false; public void setFlag(boolean value) { this.flag = value; } public boolean getFlag() { return this.flag; } } ``` 上述例子展示了`volatile`关键字的应用场景,它可以用来增强单个布尔型标志位或其他简单类型的读写操作的安全性,从而简化同步控制逻辑的同时提高性能效率。
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