JMM-Java Memory Model

本文主要是介绍JMM-Java Memory Model，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

JMM（Java Memory Model）：Java 内存模型，是 Java 虚拟机规范中所定义的一种内存模型，Java 内存模型是标准化的，屏蔽掉了底层不同计算机的区别。也就是说，JMM 是 JVM 中定义的一种并发编程的底层模型机制。

JMM 定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存中，每个线程都有一个私有的本地内存，本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。

JMM 的规定：
- 所有的共享变量都存储于主内存。这里所说的变量指的是实例变量和类变量，不包含局部变量，因为局部变量是线程私有的，因此不存在竞争问题。

• 每一个线程还存在自己的工作内存，线程的工作内存，保留了被线程使用的变量的工作副本。
• 线程对变量的所有的操作（读，取）都必须在工作内存中完成，而不能直接读写主内存中的变量。
• 不同线程之间也不能直接访问对方工作内存中的变量，线程间变量的值的传递需要通过主内存中转来完成。

JMM 的抽象示意图：

JMM 示意图

然而，JMM 这样的规定可能会导致线程对共享变量的修改没有即时更新到主内存，或者线程没能够即时将共享变量的最新值同步到工作内存中，从而使得线程在使用共享变量的值时，该值并不是最新的。

正因为 JMM 这样的机制，就出现了可见性问题。

内存可见性

内存可见性是指当一个线程修改了某个变量的值，其它线程总是能知道这个变量变化。也就是说，如果线程 A 修改了共享变量 V 的值，那么线程 B 在使用 V 的值时，能立即读到 V 的最新值。

可见性问题

在理解 volatile 的内存可见性前，我们先来看看这个比较常见的多线程访问共享变量的例子。

/**
 * 变量的内存可见性例子
 *
 * @author star
 */
public class VolatileExample {

    /**
     * main 方法作为一个主线程
     */
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        // 开启线程
        myThread.start();

        // 主线程执行
        for (; ; ) {
            if (myThread.isFlag()) {
                System.out.println("主线程访问到 flag 变量");
            }
        }
    }

}

/**
 * 子线程类
 */
class MyThread extends Thread {

    private boolean flag = false;

    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 修改变量值
        flag = true;
        System.out.println("flag = " + flag);
    }

    public boolean isFlag() {
        return flag;
    }

    public void setFlag(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }
}

执行上面的程序，你会发现，控制台永远都不会输出 “主线程访问到 flag 变量” 这句话。我们可以看到，子线程执行时已经将 flag 设置成 true，但主线程执行时没有读到 flag 的最新值，导致控制台没有输出上面的句子。

可见性问题的解决方案

我们如何保证多线程下共享变量的可见性呢？也就是当一个线程修改了某个值后，对其他线程是可见的。

这里有两种方案：加锁 和 使用 volatile 关键字。

下面我们使用这两个方案对例子进行改造。

加锁

使用 synchronizer 进行加锁。

/**
  * main 方法作为一个主线程
  */
  public static void main(String[] args) {
      MyThread myThread = new MyThread();
      // 开启线程
      myThread.start();

      // 主线程执行
      for (; ; ) {
          synchronized (myThread) {
              if (myThread.isFlag()) {
                  System.out.println("主线程访问到 flag 变量");
                }
          }
      }
  }

这里大家应该有个疑问是，为什么加锁后就保证了变量的内存可见性了？ 因为当一个线程进入 synchronizer 代码块后，线程获取到锁，会清空本地内存，然后从主内存中拷贝共享变量的最新值到本地内存作为副本，执行代码，又将修改后的副本值刷新到主内存中，最后线程释放锁。

这里除了 synchronizer 外，其它锁也能保证变量的内存可见性。

使用 volatile 关键字

使用 volatile 关键字修饰共享变量。

/**
 * 子线程类
 */
class MyThread extends Thread {

    private volatile boolean flag = false;

    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 修改变量值
        flag = true;
        System.out.println("flag = " + flag);
    }

    public boolean isFlag() {
        return flag;
    }

    public void setFlag(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }
}

使用 volatile 修饰共享变量后，每个线程要操作变量时会从主内存中将变量拷贝到本地内存作为副本，当线程操作变量副本并写回主内存后，会通过 CPU 总线嗅探机制告知其他线程该变量副本已经失效，需要重新从主内存中读取。

volatile 保证了不同线程对共享变量操作的可见性，也就是说一个线程修改了 volatile 修饰的变量，当修改后的变量写回主内存时，其他线程能立即看到最新值。

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