Java 内存模型

1. 内存模型概念

（1）内存模型（Java Memory Model）和内存结构（堆栈那些）不是一个层面的概念，JMM 定义了一套在多线程读写共享数据（成员变量，静态变量等，而不是局部变量这种线程私有的）时，对数据的可见性、有序性、和原子性的规则和保障。

（2）JMM规定了全部的变量都存储在主内存（虚拟机内存的一部分，但能够和操做系统的类比）中；

每条线程还有本身的工做内存，线程的工做内存中保存了被该线程使用到的变量的主内存副本拷贝，线程对变量的全部操做（读取，赋值）都必须在工做内存中进行，而不能直接读写主内存中的变量；

不一样的线程之间也没法直接访问对方的工做内存中的变量，线程间变量的值传递均须要经过主内存来完成。

（3）若是非要把主内存工做内存，和内存结构的堆栈方法区对应，那么主内存应该对应堆中的对象的实例数据部分，而工做内存对应栈。

 

2. 原子性

要执行就执行完，不能执行一半

违背原子性例子：两个线程对一个静态变量 i=0 执行 i++ 和 i--（每一个对应四条JVM字节码指令），可能致使结果不是0

解决：用synchronized加锁，加锁位置应尽可能减小代码获取释放锁的次数

synchronized( 对象 ) {
    要做为原子操做代码
}

 

3. 可见性

指一个对象能看到或访问另外一个对象的能力

违背可见性的例子：t线程看不到主线程run变量的改变

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t = new Thread(()->{while(run){// ....        }
    });
    t.start();
    Thread.sleep(1000);
    run = false; // 线程t不会如预想的停下来}

解决：volatile（易变关键字），它能够用来修饰成员变量和静态成员变量，线程操做 volatile 变量都是直接操做主存

所以上面的run被修改后会存到主内存，t线程访问主内存内容会看到改变

 

4. 有序性

代码按顺序执行

违背有序性的例子：因为即时编译器在运行时会有指令重排的优化，多线程状况下可能出现非预期结果

解决：volatile 修饰的变量，能够禁用指令重排

所以volatile能够保证可见性和有序性，不能保证原子性，但属于轻量级并发控制；而synchronized能够保证三者，但更重量级

 

5. CAS

CAS 即 Compare and Swap ，它的实现用的是乐观锁的思想

// 须要不断尝试while(true) {int 旧值 = 共享变量 ; // 好比拿到了当前值 0int 结果 = 旧值 + 1; // 在旧值 0 的基础上增长 1 ，正确结果是 1if( compareAndSwap ( 旧值, 结果 )) {// 成功，退出循环    }
}

• 获取共享变量时，为了保证该变量的可见性，须要使用 volatile 修饰
• 结合 CAS 配合 volatile 能够实现无锁并发，适用于竞争不激烈、多核 CPU 的场景下
• 由于没有使用 synchronized（悲观锁），因此线程不会陷入阻塞，这是效率提高的因素之一
• 但若是竞争激烈，能够想到重试必然频繁发生，反而效率会受影响
• CAS 底层依赖于一个 Unsafe 类来直接调用操做系统底层的 CAS 指令
• 原子操做类例如：AtomicInteger、AtomicBoolean等，它们底层就是采用 CAS 技术 + volatile 来实现的