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java内存间交互规则

冰川箭仙

冰川箭仙

发布时间:2025-12-03 18:43:35

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来源于php中文网

原创

java内存模型(jmm)定义线程与主内存、工作内存的交互规则,确保共享变量的可见性、有序性和原子性;通过read/load/use/assign/store/write/lock/unlock八种原子操作及约束保障多线程安全。

java内存间交互规则

Java内存模型(Java Memory Model, JMM)定义了多线程环境下,线程与主内存、工作内存之间的交互规则。这些规则确保了共享变量的可见性、有序性和原子性,是理解并发编程的基础。

主内存与工作内存

在Java中,所有变量都存储在主内存中。每个线程有自己的工作内存,保存了该线程使用到的变量的副本。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,不能直接读写主内存中的数据。

注意:这里的“工作内存”并不对应物理上的真实内存区域,更像是CPU寄存器或高速缓存的抽象描述。

内存间交互操作

JMM定义了8种原子操作来完成主内存和工作内存之间的交互:

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  • read(读取):把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存。
  • load(载入):把read操作从主内存得到的值放入工作内存的变量副本中。
  • use(使用):把工作内存中一个变量的值传递给执行引擎,例如用于计算或判断。
  • assign(赋值):把一个从执行引擎接收到的值赋给工作内存中的变量,例如给变量i赋值10。
  • store(存储):把工作内存中一个变量的值传送到主内存中。
  • write(写入):把store操作从工作内存中得到的值放入主内存的变量中。
  • lock(锁定):作用于主内存的变量,把一个变量标识为被某个线程独占状态。
  • unlock(解锁):释放一个被锁定的变量,使其可被其他线程锁定。

这些操作必须按顺序执行,并且满足以下规则:

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下载
  • 不允许read和load、store和write操作单独出现,即不允许一个变量从主内存读取了但工作内存不接受,或者工作内存发起了写回但主内存不接收。
  • 不允许线程丢弃最近的assign操作,一旦变量在工作内存中改变了,必须把变化同步回主内存。
  • 不允许一个线程无原因地把数据写回主内存,即没有发生过assign操作的变量不能写回主内存。
  • 一个新变量只能在主内存中诞生,不允许工作内存直接使用未初始化的变量。
  • 一个变量在同一时刻只能被一个线程lock,lock操作会清空该变量在工作内存中的值,重新从主内存read和load。
  • 同一个线程可以多次lock同一个变量,但必须执行相同次数的unlock才能真正释放。
  • 未被lock的变量不能执行unlock操作,且unlock操作必须作用于当前线程已锁定的变量。
  • 在执行unlock前,必须先把变量同步回主内存(执行store和write)。

volatile关键字的作用

volatile是JMM中提供的一种轻量级同步机制,它保证了变量的可见性和禁止指令重排序:

  • 当一个变量被volatile修饰,任何线程修改该变量后,新值会立即刷新到主内存。
  • 其他线程读取该变量时,会强制从主内存重新加载,确保看到最新的值。
  • 对volatile变量的操作不会被JVM重排序优化,从而保证一定的有序性。

但volatile不保证复合操作的原子性,比如i++这种读-改-写操作仍需synchronized或Atomic类来保证线程安全。

synchronized与内存可见性

synchronized块不仅保证了代码的原子性,也隐含了内存同步语义:

  • 进入synchronized块时,会清空工作内存中该锁对应变量的副本,重新从主内存加载。
  • 退出synchronized块时,必须将工作内存中的变量值刷新回主内存。

这使得多个线程在竞争同一把锁时,能够看到共享变量的最新状态。

基本上就这些。理解这些交互规则有助于写出正确的并发程序,避免因内存不可见或指令重排导致的问题。虽然日常开发中更多依赖高级并发工具,但底层原理仍是关键支撑。

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