一文詳解Java內存模型與原子性、可見性、有序性

1、Java內存模型

Java Memory Modle，簡稱 JMM，中文名稱 Java內存模型，它是一個抽象的概念，用來描述或者規範訪問內存變量的方式。由於各中計算機的操做系統和硬件不一樣，方式機制也可能不一樣，Java內存模型用於屏蔽（適配）各類差別，以此來達到訪問各個平臺的一致的效果。這也是Java誇平臺的重要緣由之一。

主內存： Java內存規定了全部變量都存儲在主內存（Main Memory）中，各個線程又有本身的本地內存（工做內存），本地內存保存着主內存中部分變量。具體訪問方式以下：

• lock加鎖：爲了保證訪問主內存變量的線程安全性，在訪問前通常會加鎖處理；
• read讀：從主內存中讀取一個變量到工做內存；
• load加載：把read讀到的變量加載到工做內存的變量副本中；
• use使用：此時線程可使用其工做內存中的變量了；
• assign賦值：將處理後的變量賦值給工做內存中的變量；
• store存儲：將工做內存中的變量存儲到主內存中，以新建new 一個新變量的方式存儲；
• write寫：將store存在的新變量的引用賦值給被處理的變量；
• unload解鎖：全部的工做作完，最後解鎖釋放資源。

2、Java內存模型的三大特性

一、原子性（Atomicity）

這裏的原子性如同數據庫事務中是原子性，一個或多個操做要麼全執行成功要麼全執行失敗（全不執行）。

int a = 1;
a++;
double b = 1.5;

Java內存模型只保證單一的操做具備原子性，好比上面的 int a = 1; 是一個單子的操做，因此具備原子性。

而 a++ 操做在底層會分爲三個操做：

1）、讀取a的值給臨時變量；

2）、臨時變量a的值加1操做；

3）、將加操做後的值賦值給a。

每一個操做都是原子的，但Java內存模型在多線程下並不能保證多操做具備總體原子性，由於它也不知道這個總體內有多少操做，用戶想要達到多操做具備總體原子性，須要對響應的代碼塊作同步（synchronous）處理，好比使用 有鎖的synchronized 或 無鎖的CAS。

二、可見性（Visibility）

這裏的可見性是內存可見性。

如上圖，線程1和線程2在未同步的狀況下對共享內存（主內存）中的變量進行訪問，好比兩個線程的操做都是對變量a進行加1操做。

假設線程1首先獲取主內存中變量a的值，隨後線程2又獲取了主內存變量a的值，此時它們工做內存中a的值都是1，它們各自將a的值加1操做，而後assign至工做內存，工做內存中變量a的值都是2，而後兩個線程又將值刷新到主內存，最後的結果是主內存中變量a的值是2。

雖然總體對a的值加1操做作了兩次操做，但因爲線程間的操做是互相隔離的，默認狀況下沒法感知內存變量的值在隨後的變化，也就沒法訪問內存中最新的變量值，這就是內存可行性的問題。

如何解決內存可見性的問題？

• 對進入臨界區的線程作同步處理（好比 synchronized）,同一時刻僅有一個線程可以訪問臨界區的資源；
• 使用 volatile 關鍵字保證內存可見性，它能保證訪問臨界區資源的全部線程總能看到共享資源的最新值；
• CAS無鎖化。

三、有序性（Ordering）

線程內的全部操做都是有序的，既程序執行的順序按照代碼的前後順序執行。好比下面的示例：

int a = 1;
int b = 2;
int c = a + b;

線程內程序會先執行 int a = 1; ，而後執行 int b = 2; 最後執行int c = a + b;。

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