Java 內存模型

1. 內存模型概念

（1）內存模型（Java Memory Model）和內存結構（堆棧那些）不是一個層面的概念，JMM 定義了一套在多線程讀寫共享數據（成員變量，靜態變量等，而不是局部變量這種線程私有的）時，對數據的可見性、有序性、和原子性的規則和保障。

（2）JMM規定了全部的變量都存儲在主內存（虛擬機內存的一部分，但能夠和操做系統的類比）中；

每條線程還有本身的工做內存，線程的工做內存中保存了被該線程使用到的變量的主內存副本拷貝，線程對變量的全部操做（讀取，賦值）都必須在工做內存中進行，而不能直接讀寫主內存中的變量；

不一樣的線程之間也沒法直接訪問對方的工做內存中的變量，線程間變量的值傳遞均須要經過主內存來完成。

（3）若是非要把主內存工做內存，和內存結構的堆棧方法區對應，那麼主內存應該對應堆中的對象的實例數據部分，而工做內存對應棧。

 

2. 原子性

要執行就執行完，不能執行一半

違背原子性例子：兩個線程對一個靜態變量 i=0 執行 i++ 和 i--（每一個對應四條JVM字節碼指令），可能致使結果不是0

解決：用synchronized加鎖，加鎖位置應儘可能減小代碼獲取釋放鎖的次數

synchronized( 對象 ) {
    要做爲原子操做代碼
}

 

3. 可見性

指一個對象能看到或訪問另外一個對象的能力

違背可見性的例子：t線程看不到主線程run變量的改變

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t = new Thread(()->{while(run){// ....        }
    });
    t.start();
    Thread.sleep(1000);
    run = false; // 線程t不會如預想的停下來}

解決：volatile（易變關鍵字），它能夠用來修飾成員變量和靜態成員變量，線程操做 volatile 變量都是直接操做主存

所以上面的run被修改後會存到主內存，t線程訪問主內存內容會看到改變

 

4. 有序性

代碼按順序執行

違背有序性的例子：因爲即時編譯器在運行時會有指令重排的優化，多線程狀況下可能出現非預期結果

解決：volatile 修飾的變量，能夠禁用指令重排

所以volatile能夠保證可見性和有序性，不能保證原子性，但屬於輕量級併發控制；而synchronized能夠保證三者，但更重量級

 

5. CAS

CAS 即 Compare and Swap ，它的實現用的是樂觀鎖的思想

// 須要不斷嘗試while(true) {int 舊值 = 共享變量 ; // 好比拿到了當前值 0int 結果 = 舊值 + 1; // 在舊值 0 的基礎上增長 1 ，正確結果是 1if( compareAndSwap ( 舊值, 結果 )) {// 成功，退出循環    }
}

• 獲取共享變量時，爲了保證該變量的可見性，須要使用 volatile 修飾
• 結合 CAS 配合 volatile 能夠實現無鎖併發，適用於競爭不激烈、多核 CPU 的場景下
• 由於沒有使用 synchronized（悲觀鎖），因此線程不會陷入阻塞，這是效率提高的因素之一
• 但若是競爭激烈，能夠想到重試必然頻繁發生，反而效率會受影響
• CAS 底層依賴於一個 Unsafe 類來直接調用操做系統底層的 CAS 指令
• 原子操做類例如：AtomicInteger、AtomicBoolean等，它們底層就是採用 CAS 技術 + volatile 來實現的