Java 中什么是 Java 内存模型 (JMM)?

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Java 内存模型(Java Memory Model, JMM)是 Java 虚拟机(JVM)规范中定义的一种抽象模型,用于描述多线程环境下,线程如何与主内存和工作内存进行交互。JMM 定义了线程之间的可见性、原子性和有序性,确保在多线程环境中程序的正确执行。

本题详细解读

1. 什么是 Java 内存模型 (JMM)?

Java 内存模型(JMM)是 Java 虚拟机规范的一部分,它定义了多线程程序中线程如何与内存进行交互。JMM 的主要目标是解决多线程环境下的可见性、原子性和有序性问题。

2. JMM 的核心概念

  • 主内存(Main Memory):所有线程共享的内存区域,存储了所有的变量(包括实例字段、静态字段和构成数组对象的元素)。
  • 工作内存(Working Memory):每个线程都有自己的工作内存,存储了该线程使用的变量的副本。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,不能直接操作主内存。

3. 可见性(Visibility)

可见性指的是一个线程对共享变量的修改能够及时被其他线程看到。JMM 通过以下方式保证可见性:

  • volatile 关键字:使用 volatile 修饰的变量,每次读取都会直接从主内存中获取,每次写入都会立即刷新到主内存。
  • synchronized 关键字:使用 synchronized 修饰的代码块或方法,在进入时会从主内存中读取变量的最新值,退出时会将变量的值刷新回主内存。

4. 原子性(Atomicity)

原子性指的是一个操作是不可分割的,要么全部执行成功,要么全部不执行。JMM 通过以下方式保证原子性:

  • synchronized 关键字:使用 synchronized 修饰的代码块或方法,可以保证同一时间只有一个线程执行该代码块或方法。
  • java.util.concurrent.atomic 包:提供了原子类(如 AtomicInteger),这些类的操作是原子的。

5. 有序性(Ordering)

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 通过以下方式保证有序性:

  • happens-before 原则:JMM 定义了一系列的 happens-before 规则,确保某些操作在另一些操作之前发生。例如,一个线程的 start() 方法调用 happens-before 该线程的任何操作。

6. JMM 与硬件内存模型的关系

JMM 是一个抽象的概念,它与具体的硬件内存模型(如 x86、ARM 等)不同。JMM 的目的是屏蔽底层硬件的差异,为 Java 程序员提供一个统一的内存模型,使得编写的多线程程序在不同的硬件平台上都能正确执行。

7. 总结

Java 内存模型(JMM)是 Java 多线程编程的基础,它定义了线程如何与内存进行交互,并提供了可见性、原子性和有序性的保证。理解 JMM 对于编写高效、正确的多线程程序至关重要。

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