Java内存模型原理，你真的理解吗？("深入解析Java内存模型：你真的掌握其原理吗？")

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ithorizon 4周前 (10-20) 阅读数 15 #后端开发

深入解析Java内存模型：你真的掌握其原理吗？

一、Java内存模型的背景与重要性

Java内存模型（Java Memory Model，JMM）是Java虚拟机（JVM）的一部分，它定义了Java程序中变量的读取和写入怎样在多线程环境中进行。JMM对于领会并发编程至关重要，由于它直接影响到程序的性能和正确性。

二、Java内存模型的基本组成

Java内存模型重点由以下几个部分组成：

主内存（Main Memory）

工作内存（Working Memory）

内存操作（Read/Use/Assign/Write）

原子性（Atomicity）

可见性（Visibility）

有序性（Ordering）

三、主内存与工作内存

在JMM中，所有的变量都存储在主内存中，每个线程都有自己的工作内存。工作内存包含了主内存变量的副本拷贝。线程对变量的所有操作（读取、赋值等）都必须在工作内存中进行，之后的某个时间点再同步回主内存中。

四、内存操作

在JMM中，对变量的操作重点包括以下几种：

Read（读取）：从主内存中读取数据到工作内存中。

Use（使用）：工作内存中使用变量。

Assign（赋值）：将工作内存中的数据赋值给变量。

Write（写入）：将工作内存中的数据写回主内存中。

五、原子性

原子性指的是不可分割的操作，即这些操作在执行过程中不会被线程调度器中断。JMM保证了基本读取和写入操作的原子性。但是复合操作（如i++）并不是原子的，需要通过锁等机制来保证。

六、可见性

可见性指的是当一个线程修改了共享变量的值后，其他线程能够立即得知这个修改。JMM通过volatile和synchronized两个关键字来保证可见性。

七、有序性

有序性指的是程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。JMM针对Java编译器的指令重排做了制约，通过happens-before原则来保证程序的有序性。

八、happens-before原则

happens-before原则是JMM的核心，它定义了一些规则，遵循这些规则可以保证并发环境中程序的可见性和有序性。以下是一些happens-before规则：

程序顺序规则：单个线程内，按照代码顺序执行。

监视器锁规则：解锁操作happens-before于随后的加锁操作。

volatile变量规则：对一个volatile变量的写操作happens-before于后续对这个变量的读操作。

线程启动规则：start()方法happens-before于线程的任何操作。

线程终结规则：线程中的任何操作happens-before于线程的join()方法。

对象创建规则：对象的默认构造器执行完毕happens-before于对象的引用被赋值。

九、案例分析：双重检查锁定与单例模式

双重检查锁定（Double-Checked Locking）是实现单例模式的一种常见方法，但是如果不正确地使用volatile关键字，也许会让对象的不正确创建。以下是一个不正确的实现示例：


        public class Singleton {
            private static Singleton instance;
            public static Singleton getInstance() {
                if (instance == null) { // 第一次检查
                    synchronized (Singleton.class) {
                        if (instance == null) { // 第二次检查
                            instance = new Singleton(); // 对象初始化
                        }
                    }
                }
                return instance;
            }
        }

上述代码中，对象的初始化（new Singleton()）不是原子的，也许会让对象的不正确创建。正确的做法是使用volatile关键字，如下所示：


        public class Singleton {
            private static volatile Singleton instance;
            public static Singleton getInstance() {
                if (instance == null) {
                    synchronized (Singleton.class) {
                        if (instance == null) {
                            instance = new Singleton();
                        }
                    }
                }
                return instance;
            }
        }