Java 内存模型: 并发编程的基石
Java内存模型（Java Memory Model, JMM）是Java并发编程的核心，它定义了Java虚拟机（JVM）如何与计算机内存交互，以及如何管理线程间的数据可见性。本文将深入探讨Java内存模型的基本概念和特性。
内存模型的基本概念
JMM定义了一组规则，这些规则决定了在并发编程中，当多线程访问共享变量时，数据是如何在内存中进行同步的。
主内存与工作内存
在JMM中，所有的变量都存储在主内存（Main Memory）中。每个线程还有自己的工作内存（Working Memory），用于存储该线程使用的变量的副本。
package cn.juwatech.memory;
public class SharedVariable {
private int number;
public int getNumber() {
return number;
}
public void setNumber(int number) {
this.number = number;
}
}原子性操作
原子性操作是指在执行过程中不会被其他线程中断的操作。Java中，对基本数据类型的赋值操作是原子的。
package cn.juwatech.memory;
public class AtomicOperationExample {
private int count = 0;
public void increment() {
count++; // 原子操作
}
}可见性
可见性是指当一个线程修改了共享变量的值，其他线程能够立即看到这个修改。
package cn.juwatech.memory;
public class VisibilityExample {
private volatile boolean running = true;
public void stop() {
running = false;
}
public void checkRunning() {
while (running) {
// 循环直到running变为false
}
}
}有序性
在单线程环境中，代码的执行顺序是按照编写的顺序进行的。但在多线程环境中，由于编译器优化和处理器乱序执行，代码的执行可能不是按照编写的顺序。
package cn.juwatech.memory;
public class OrderlinessExample {
private int a = 0;
private int b = 0;
public void writer() {
a = 1;
b = 2;
}
public void reader() {
if (a == 1 && b == 2) {
// 可能不会按预期执行
}
}
}锁与同步
锁和同步机制是保证原子性、可见性和有序性的重要手段。
package cn.juwatech.memory;
public class SynchronizedMethodExample {
private int count = 0;
public synchronized void increment() {
count++; // 通过同步方法保证原子性
}
}锁的释放与获取
在Java中，可以使用wait()和notify()方法来控制线程间的协调。
package cn.juwatech.memory;
public class LockReleaseAndAcquisitionExample {
private int number = 0;
public synchronized void increase() {
number++;
notify();
}
public synchronized void waitUntilIncreased() {
while (number == 0) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}锁的种类
Java提供了多种锁，包括内置锁、显式锁（如ReentrantLock）和读写锁（如ReadWriteLock）。
package cn.juwatech.memory;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class LockExample {
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public void performAction() {
lock.lock();
try {
// 线程安全的代码
} finally {
lock.unlock();
}
}
}锁的粒度
锁的粒度是指锁的作用范围。细粒度锁可以减少锁的竞争，提高并发性。
package cn.juwatech.memory;
public class FineGrainedLockExample {
private final Object lock1 = new Object();
private final Object lock2 = new Object();
public void method1() {
synchronized (lock1) {
// 操作1
}
}
public void method2() {
synchronized (lock2) {
// 操作2
}
}
}锁的性能考虑
使用锁时需要考虑性能，避免死锁和活锁。
package cn.juwatech.memory;
public class DeadlockExample {
private final Object resource1 = new Object();
private final Object resource2 = new Object();
public void method1() {
synchronized (resource1) {
synchronized (resource2) {
// 可能发生死锁
}
}
}
public void method2() {
synchronized (resource2) {
synchronized (resource1) {
// 避免死锁的顺序
}
}
}
}结论
Java内存模型是理解和实现并发程序的基础。通过掌握原子性、可见性和有序性的概念，以及合理使用锁和同步机制，可以编写出高效且线程安全的并发程序。深入理解JMM，可以帮助我们避免并发编程中常见的问题，如死锁和竞态条件。
