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在Java中如何理解Java内存模型JMM

P粉602998670

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发布时间:2025-10-17 13:54:01

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来源于php中文网

原创

Java内存模型(JMM)定义了多线程环境下变量的可见性、原子性和有序性规则。它将内存抽象为主内存和工作内存,线程通过工作内存与主内存交互,导致共享变量可能不一致。JMM通过三大特性保障并发安全:可见性确保一个线程修改变量后其他线程能感知,volatile关键字可实现此特性;原子性保证操作不可中断,基本类型读写(除long和double)是原子的,复合操作需同步控制;有序性防止指令重排序影响程序逻辑,happens-before规则(如程序顺序、锁、volatile、传递性)确立操作先后关系。volatile保证可见性和禁止重排,但不保证原子性。理解JMM有助于正确使用synchronized、volatile、final等机制编写线程安全代码。

在java中如何理解java内存模型jmm

Java内存模型(Java Memory Model,简称JMM)是Java并发编程的核心基础之一。它定义了多线程环境下,变量的可见性、原子性和有序性规则,决定了一个线程如何以及何时能看到其他线程对共享变量的修改。

主内存与工作内存

JMM抽象地将内存分为主内存和每个线程的工作内存

  • 主内存存放所有共享变量的实例,比如堆中的对象字段。
  • 工作内存是每个线程私有的,保存了该线程使用到的变量的副本(可能是主内存中变量的拷贝)。
  • 线程不能直接读写主内存,必须通过工作内存进行操作,再同步回主内存。

这种设计模拟了现代CPU缓存与主存的关系,也解释了为什么多个线程可能看到不同的变量值。

三大特性:可见性、原子性、有序性

JMM围绕三个关键概念建立规则,确保并发程序的正确性:

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可见性

当一个线程修改了共享变量的值,其他线程能立即得知这个变化。普通变量无法保证这一点,而volatile变量可以保证修改后立即写回主内存,并使其他线程的工作内存失效。

原子性

某些操作是不可分割的,比如对基本数据类型的读写(除long和double外),synchronized块内的操作也是原子的。但像i++这样的复合操作不是原子的,需要同步机制保护。

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有序性

在单线程中,指令重排序不会影响执行结果(遵循as-if-serial语义)。但在多线程中,重排序可能导致意外行为。JMM通过happens-before规则来保证操作之间的顺序关系,避免错误的重排影响正确性。

happens-before 规则

这是JMM中最核心的顺序保障机制。如果一个操作A happens-before 操作B,意味着A的执行结果对B可见。常见规则包括:

  • 程序顺序规则:同一个线程中的代码按书写顺序执行。
  • 锁规则:unlock操作 happens-before 后面对同一锁的lock操作。
  • volatile变量规则:对volatile变量的写 happens-before 后续对该变量的读。
  • 传递性:A happens-before B,B happens-before C,则A happens-before C。

这些规则帮助开发者判断哪些操作是安全的,无需额外同步。

volatile 关键字的作用

volatile是JMM的重要体现:

  • 保证变量的可见性:写操作立即刷新到主内存,读操作从主内存获取最新值。
  • 禁止指令重排序:通过插入内存屏障实现,常用于双重检查锁定的单例模式中。
  • 不保证原子性:如i++仍需synchronized或AtomicInteger来保证线程安全。

基本上就这些。理解JMM不是为了背概念,而是为了解释为什么并发程序会出现奇怪问题,以及如何用synchronized、volatile、final等关键字写出正确的多线程代码。它不复杂,但容易忽略细节,掌握它才能真正掌控Java并发。

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