這期內(nèi)容當(dāng)中小編將會(huì)給大家?guī)?lái)有關(guān)Java內(nèi)存模型以及線(xiàn)程安全的可見(jiàn)性問(wèn)題是怎樣的，文章內(nèi)容豐富且以專(zhuān)業(yè)的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

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Java內(nèi)存模型 VS JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)

首先Java內(nèi)存模型（JMM）和JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)并不是一個(gè)東西，許多介紹Java內(nèi)存模型的文章描述的堆，方法區(qū)，Java虛擬機(jī)棧，本地方法棧，程序計(jì)數(shù)器這東西并不是Java內(nèi)存模型的內(nèi)容而是JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容。
要理解二者的區(qū)別就要了解《Java虛擬機(jī)規(guī)范》和《Java語(yǔ)言規(guī)范》。我們知道Java虛擬機(jī)上并不知只有Java語(yǔ)言，像JRuby, ,Scala，Kotlin，Groovy等也都運(yùn)行在Java虛擬機(jī)上，而這些語(yǔ)言想要在Java虛擬機(jī)上運(yùn)行就要遵守《Java虛擬機(jī)規(guī)范》，而JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)就是《Java虛擬機(jī)規(guī)范》的內(nèi)容。而《Java語(yǔ)言規(guī)范》就只是針對(duì)Java語(yǔ)言的規(guī)范，它對(duì)Java內(nèi)存模型做了詳細(xì)的描述。

什么是Java內(nèi)存模型(JMM)？

要了解Java內(nèi)存模型，首先要了解什么是內(nèi)存模型，之間在CPU緩存和內(nèi)存屏障 中我們了解到緩存一致性問(wèn)題以及處理器優(yōu)化的指令重排序問(wèn)題。為了保證并發(fā)編程中可以滿(mǎn)足原子性、可見(jiàn)性及有序性。有一個(gè)重要的概念，那就是——內(nèi)存模型。它解決了 CPU 多級(jí)緩存、處理器優(yōu)化、指令重排等導(dǎo)致的內(nèi)存訪問(wèn)問(wèn)題，保證了并發(fā)場(chǎng)景下的一致性、原子性和有序性。而Java內(nèi)存模型就是解決由于多線(xiàn)程通過(guò)共享內(nèi)存進(jìn)行通信時(shí)，存在的本地內(nèi)存數(shù)據(jù)不一致、編譯器會(huì)對(duì)代碼指令重排序、處理器會(huì)對(duì)代碼亂序執(zhí)行等帶來(lái)的問(wèn)題的一種規(guī)范。目的是保證并發(fā)編程場(chǎng)景中的原子性、可見(jiàn)性和有序性。
Java內(nèi)存模型可以分為線(xiàn)程棧(或者叫工作內(nèi)存，它是每個(gè)線(xiàn)程所獨(dú)有的)和堆（或者叫主內(nèi)存，與JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的堆并不是一個(gè)概念，它是所線(xiàn)程共享的），其大致邏輯圖如下：

JMM中的具體內(nèi)容

Shared Variables定義

可以在線(xiàn)程之間共享的內(nèi)存稱(chēng)為共享內(nèi)存或堆內(nèi)存
所有實(shí)例字段，靜態(tài)字段和數(shù)組元素都存儲(chǔ)在共享內(nèi)存，這些字段和數(shù)組就是共享變量
沖突：如果至少有一個(gè)訪問(wèn)是寫(xiě)操作，那么對(duì)同一個(gè)變量的兩次訪問(wèn)是沖突的

這些能被多個(gè)線(xiàn)程訪問(wèn)的共享變量是內(nèi)存模型規(guī)范的對(duì)象

線(xiàn)程間操作

線(xiàn)程間操作指一個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行的操作可被其他線(xiàn)程感知或被其他線(xiàn)程直接影響
Java內(nèi)存模型只描述線(xiàn)程間操作，不描述線(xiàn)程內(nèi)操作，線(xiàn)程內(nèi)操作按照線(xiàn)程內(nèi)語(yǔ)義執(zhí)行
線(xiàn)程間操作有：

• read操作（一般讀，即非volatile讀）

• write操作（一般寫(xiě)，即非volatile寫(xiě)）

• volatile read

• volatile write

• Lock，Unlock

• 線(xiàn)程的第一個(gè)和最后一個(gè)操作

• 外部操作

對(duì)同步規(guī)則的定義

• 對(duì)volatile變量V的寫(xiě)入，與所有其它線(xiàn)程后續(xù)對(duì)V的讀同步

• 對(duì)于監(jiān)視器m的解鎖與所有后續(xù)操作對(duì)于m的加鎖同步

• 對(duì)于每個(gè)屬性寫(xiě)入默認(rèn)值（0，false, null）與每個(gè)線(xiàn)程對(duì)其進(jìn)行的操作同步

• 啟動(dòng)線(xiàn)程的操作與線(xiàn)程中的第一個(gè)操作同步

• 線(xiàn)程T2的最后操作與線(xiàn)程T1發(fā)現(xiàn)T2已經(jīng)結(jié)束同步

• 如果線(xiàn)程T1中斷了T2，那么線(xiàn)程T1的中斷操作與其他所有線(xiàn)程發(fā)現(xiàn)T2被中斷了同步

happens-before先行發(fā)生原則

happens-before關(guān)系用于描述兩個(gè)有沖突的動(dòng)作之間的順序，如果一個(gè)action happens before 另一個(gè)action，則第一個(gè)操作對(duì)第二個(gè)操作可見(jiàn)，JVM需要實(shí)現(xiàn)如下happens-before規(guī)則：

• 某個(gè)線(xiàn)程中的每個(gè)動(dòng)作都happens-before該線(xiàn)程中該動(dòng)作后面的操作

• 某個(gè)管程中的unlock動(dòng)作happens-before同一個(gè)管程上后續(xù)的lock操作

• 對(duì)某個(gè)volatile字段的寫(xiě)操作happens-before每個(gè)后續(xù)對(duì)該volatile字段的讀操作

• 在某個(gè)對(duì)象上調(diào)用start()方法happens-before被啟動(dòng)線(xiàn)程的任意動(dòng)作

• 如果在線(xiàn)程t1中成功執(zhí)行了t2.join()，則t2中的所有操作對(duì)t1可見(jiàn)

• 如果某個(gè)動(dòng)作a happens-before動(dòng)作b，且b happens-before動(dòng)作c，則a happens-before c

final在JMM中的處理

final在該對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)中設(shè)置對(duì)象的字段，當(dāng)線(xiàn)程看到該對(duì)象時(shí)，將始終看到該對(duì)象的final字段的正確構(gòu)造版本。如果在構(gòu)造函數(shù)中設(shè)置字段后發(fā)生讀取，則會(huì)看到該final字段分配的值，否則它將看到默認(rèn)值。讀取該對(duì)象的final成員變量之前，先要讀取共享對(duì)象。
通常被 static final修飾的字段， 不能被修改。然而System.in, System.out, System.err被static final修飾卻可以修改，遺留問(wèn)題，必須通過(guò)set方法改變，我們將這些字段稱(chēng)為寫(xiě)保護(hù)，以區(qū)別于普通final字段。

Word Tearing字節(jié)處理

有些處理器（尤其是早期的Alphas處理器）沒(méi)有提供寫(xiě)單個(gè)字節(jié)的功能。在這樣的處理器上更新byte數(shù)組，若只是簡(jiǎn)單的讀取整個(gè)內(nèi)容，更新對(duì)應(yīng)的字節(jié)，然后將整個(gè)內(nèi)容再寫(xiě)回內(nèi)存，將是不合法的。這個(gè)問(wèn)題有時(shí)候被稱(chēng)為“字分裂（word tearing）”，更新字節(jié)有難度的處理器，就需要尋求其他方式來(lái)解決。因此，編程人員需要注意，盡量不要對(duì)byte[]中的元素進(jìn)行重新賦值，更不要在多線(xiàn)程中這樣做。

可見(jiàn)性問(wèn)題

可見(jiàn)性：主要是指一個(gè)線(xiàn)程對(duì)共享變量的寫(xiě)入可以被后續(xù)另一個(gè)線(xiàn)程讀取到，也就說(shuō)一個(gè)線(xiàn)程對(duì)共享變量的操作對(duì)另一個(gè)線(xiàn)程是可見(jiàn)的。
而可見(jiàn)性問(wèn)題就是指一個(gè)線(xiàn)程對(duì)共享變量進(jìn)行了寫(xiě)入而其他的線(xiàn)程卻無(wú)法讀取到該線(xiàn)程寫(xiě)入的結(jié)果，根據(jù)以下工作內(nèi)存的緩存的模型我們可以知道，造成可見(jiàn)性的問(wèn)題主要有兩方面，一個(gè)是數(shù)據(jù)在寫(xiě)入的時(shí)候只是寫(xiě)入了緩存而沒(méi)有寫(xiě)入主內(nèi)存，一個(gè)是數(shù)據(jù)在讀取的時(shí)候只是從緩存中讀取到了數(shù)據(jù)而沒(méi)有從主內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)。

可見(jiàn)性問(wèn)題的解決方法 — volatile關(guān)鍵字

volatile關(guān)鍵字可以保證一個(gè)線(xiàn)程對(duì)共享變量的修改，能夠及時(shí)的被其他線(xiàn)程看到。
根據(jù)JMM中的happen before 和同步原則：

• 對(duì)某個(gè)volatile字段的寫(xiě)操作happens-before每個(gè)后續(xù)對(duì)該volatile字段的讀操作

• 對(duì)volatile變量V的寫(xiě)入，與所有其它線(xiàn)程后續(xù)對(duì)V的讀同步

  
  而要滿(mǎn)足這些條件volatile關(guān)鍵字就具有以下功能：

• 禁止緩存，volatile變量的訪問(wèn)控制符會(huì)加個(gè)ACC_VOLATILE，《Java虛擬機(jī)規(guī)范》 中的對(duì)它的描述就是“cannot be cached”

• 對(duì)volatile變量相關(guān)的指令不做重排序

上述就是小編為大家分享的Java內(nèi)存模型以及線(xiàn)程安全的可見(jiàn)性問(wèn)題是怎樣的了，如果剛好有類(lèi)似的疑惑，不妨參照上述分析進(jìn)行理解。如果想知道更多相關(guān)知識(shí)，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道。