Java内存模型（JMM，Java Memory Model）之可见性

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2022-09-06 15:22 190阅读 0赞

# 1：JMM内存模型 #

JMM，是一种规范，**描述了Java程序中各种变量（线程共享变量）的访问规则，以及在JVM中将变量存储到内存和从内存中读取出变量这样的底层细节**。  
所有的变量都**存储在主内存**中，**每个线程都有自己独立的工作内存**，里面保存该线程使用到的**变量的副本**（主内存中该变量的一份拷贝）。

线程对共享变量的所有操作都必须在自己的工作内存，**不能直接从相互内存中读写也不能从主内存中操**作，线程间变量值得传递需要通过主内存来完成。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppa2UxMTIzMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

# 2：可见性 #

可见性：一个线程对共享变量的**修改**，**能够及时的被其他线程看到**。  
共享变量：如果一个变量在多个线程的工作内存中都存在副本，那么这个变量就是这几个线程的共享变量。

# 3：共享变量可见性的实现原理 #

**首先，把工作内存1中更新过的共享变量刷新到主内存中  
然后，将主内存中最新的共享变量的值更新到工作内存2中**

要实现共享变量的的可见性，必须保证两点：  
1)线程修改后的共享变量值能够及时从工作内存刷新到主内存中。  
2)其他线程能够及时把共享变量的最新值从主内存更新到自己的工作内存中。

# 4：可见性的实现方式 #

语言层面支持的**可见性实现方式**：  
1)使用关键字**synchronized**  
2)使用关键字**volatile**  
3)**final**也可以保证内存可见性

# 5：synchronized实现可见性 #

可以实现互斥锁（原子性），即同步。但很多人都忽略其内存可见性这一特性  
JMM关于synchronized的两条规定：  
**线程解锁前，必须把共享变量的最新值刷新到主内存中  
线程加锁时，将清空工作内存中共享变量的值，从而使用共享变量时需要从内存中重新读取最新的值（注意：加锁与解锁需要是同一把锁）**

线程解锁前对共享变量的修改在下次加锁时对其他线程可见

# 6：synchronized线程执行互斥代码的过程 #

1)获得互斥锁  
2)清空工作内存  
3)从主内存拷贝变量的最新副本到工作内存  
4)执行代码  
5)将更改后的共享变量的值刷新到主内存  
6)释放互斥锁

# 7：指令重排序 #

**重排序**：**代码书写的顺序与实际执行的顺序不同**，指令重排序是编译器或处理器**为了提高程序性能而做的优化**。  
包括三种：  
1)编译器优化的重排序(编译器优化)  
2)指令级并行的重排序(处理器优化)  
3)内存系统的重排序(处理器优化)

# 8：导致共享变量在线程间不可见的原因 #

1)线程的交叉执行。  
2)重排序结合线程交叉执行。  
3)共享变量更新后的值没有在工作内存与主内存间及时更新。:

# 9：不可见原因以及synchronized解决方案 #

1)线程的交叉执行 —> 原子性  
2)重排序结合线程交叉执行 —>原子性  
3)共享变量未及时更新 —>可见性

# 10：volatile实现可见性 #

(1)volatile关键字：  
1)能够保证**volatile变量的可见性**  
2)**不能保证volatile变量复合操作的原子性**

(2)volatile如何实现内存可见性：  
深入来说：**通过加入内存屏障和禁止重排序优化来实现内存可见性**。  
1)对volatile变量执行写操作时，会在写操作后加入一条store屏障指令。  
2)对volatile变量执行读操作时，会在读操作后加入一条load屏障指令。  
通俗地讲：volatile变量在每次被线程访问时，都强迫从主内存中重读该变量的值，而当该变量发生变化时，又会强迫线程将最新的值刷新到主内存，这样任何时刻，不同的线程总能看到该变量的最新值。

线程写volatile变量的过程：  
1)改变线程工作内存中volatile变量副本的值。  
2)将改变后的副本的值从工作内存刷新到主内存。  
线程读volatile变量的过程：  
1)从主内存中读取volatile变量的最新值到线程的工作内存中。  
2)从工作内存中读取volatile变量的副本。

# 11：保证原子性解决方案 #

保证number自增操作的原子操作  
1)使用**synchronized**关键字  
2)JDK1.5以后使用**ReentrantLock**(java.util.concurrent.locks包下)  
3)JDK1.5以后使用**AutomicIterger**(java.util.concurrent.atomic包下)

synchronized(this){ 
    this.number++;
    }
    lock.lock();
    try { 
    this.number++;
    } finally { 
    lock.unlock();
    }

# 12：volatile使用注意volatile适用场合 #

要在多线程中安全使用volatile变量，必须同时满足：  
1)**对变量的写入操作不依赖其当前值**  
不满足：number++ count=count\*5等  
满足：boolean变量、记录温度变化的变量  
2)**该变量没有包含在具有其他变量的不变式中**。不满足：不变式low<up

# 13：synchronized与volatile的比较 #

**1) volatile比synchronized更轻量级。  
2) volatile没有synchronized使用的广泛。  
3) volatile不需要加锁，比synchronized更轻量级，不会哦阻塞线程。  
4) 从内存可见性角度看，volatile读相当于加锁，volatile写相当于解锁。  
5) synchronized既能保证可见性，又能保证原子性，而volatile只能保证可见性，无法保证原子性。  
6) volatile本身不保证获取和设置操作的原子性，仅仅保持修改的可见性。但是Java的内存模型保证声明为volatile的long和double变量的get和set操作是原子的。**

# 14：即使没有保证可见性的措施，很多时候共享变量依然能够在主内存和工作内存间得到及时的更新？ #

一般**只有在短时间内高并发的情况下才会出现变量得不到及时更新的情况**，因为CPU在执行时会很快地刷新缓存，所以一般情况下很难看到这种问题。

# 15：对64位(long、double)变量的读写可能不是原子操作 #

Java内存模型**允许JVM将没有被volatile修饰的64位数据类型的读写操作划分为两次32位的读写操作来运行**。  
导致问题：有可能会出现读取到半个变量的情况。  
解决方法：**加volatile关键字**

原文链接  
https://www.cnblogs.com/zyy1688/p/10298391.html

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