Java 内存模型

 

1、为什么要引入java内存模型

　　java是支持多线程的，但是其可见性，原子性，有序性是导致多线程bug的原因，所以引入java内存模型来解决这些问题。

 

2、什么是java内存模型

　　java内存模型概括来说是解决可见性和有序性的。

　　1）可见性 - 缓存导致

　　当创建线程时JVM会为其创建自己的内存存储自己的私有变量，但是所有的共享变量都存在于主存（共享区域）中，所有线程的操作都需要在自己的私有内存中操作，

所以当线程访问共享变量时需要先将主存中变量copy到自己的工作内存，操作完后，写会主存。 —— 故缓存会导致可见性bug

　　2)有序性 - 编译器优化

　　当语句的执行顺序调整后 不会对结果造成影响时，编译器会进行优化，调整执行顺序。 —— 故会导致有序性bug

　　例如：单例的double check问题，后续展开。

而java内存模型从某种角度来说，提供了解决按需禁止缓存和编译优化的方法 。 包括 volatile,synchronized 和 final关键字，以及happens-before原则。

 

3、volatile关键字

 volatile禁用缓存，保证执行的有序性，但不能保证原子性。相当于弱化的synchronied。

可见性：

　　1、volatile修饰的共享变量，在工作内修改后，会强制马上刷新到主存中。

　　2、valatile修饰的共享变量，一旦被一个线程修改完刷新到主存，则其他工作内存中的此变量都失效，再读取主存中的变量。

有序性：

　　volatile关键字修饰的变量以及之前的语句不会在JVM优化期间进行重排序（重排序：是指没有数据依赖的语句进行排序。在单线程内没有问题，优化效率还保证了结果的一致性，但是会影响并发中程序的正确性）

 

   public class Singleton {
    /**
     * volatile修饰Singleton实例，保证singleton初始化时保证有序性
     * instance = new Singleton();
     * 其实JVM内部已经转换为多条指令：
     * //1：分配对象的内存空间
     * memory = allocate();
     *  //2：初始化对象
     * ctorInstance(memory);
     * //3：设置instance指向刚分配的内存地址
     * instance = memory;
     * 但是经过重排序后如下：
     * //1：分配对象的内存空间
     * memory = allocate();
     * 3：设置instance指向刚分配的内存地址，此时对象还没被初始化
     * instance = memory;
     * //2：初始化对象
     * ctorInstance(memory);
     *
     * 假设没有volatile修饰。
     * 线程1先占有锁，执行new Singleton(), 在给instance = memory分配内存地址的时候，
     * 线程2进入判断语句singleton==null,引用地址不为null，
     * 则线程2返回一个初始化不完整的实例，系统会报错
     * ---------------------
     */
    private static volatile Singleton singleton = null;

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getSingleton() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (singleton == null) {// 2
                    singleton = new Singleton();// 3
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

 

4、volatile如何禁用缓存

　　这涉及到关键的happens-before原则。happens-before是指前一个操作的结果对后续是可见的。

　　1）程序的顺序执行

　　2）volatile变量禁用缓存规则，对后续该变量的查看是可见的

　　 3）传递性。A对于B可见，B对于C可见则A对于C可见

　　4）管程可见性。synchronized是管程的实现，前一个加锁的线程操作对后一个线程时可见的。 synchronied解锁后会强刷主存，所以后一个线程是可见的

　　 5）线程start();这条是关于线程启动的。它是指主线程 A 启动子线程 B 后，子线程 B 能够看到主线程在启动子线程 B 前的操作.

　　

 

5、final关键字

final 关键字则是告诉编译器它是不变的，可劲优化