[Java知识库]JMM 如何保证并发编程的三大特性

一?点睛

并发编程的三大特性是原子性、可见性和顺序性。

JVM?采用内存模型的机制来屏蔽各个平台和操作系统之间内存访问的差异，以实现让?Java?程序在各个平台下达到一致的内存访问效果，比如?C?语言中的整型变量，在某些平台下占用了两个字节，在某些平台下占用了四个字节的内存，但?Java?则在任何平台下，int?类型就是四个字节，这就是所谓一致内存访问效果。

Java?的内存模型规定了所有变量都是存在于主内存（RAM）当中的，而每个线程都有自己的工作内存或者本地内存（这一点像?CPU?的?Cache），线程对变量的所有操作都必须在自己的工作内存中进行，而不能直接对主存进行操作，而且每一个线程都不能访问其他线程工作内存或本地内存。

比如在某个线程中对变量?i?的赋值操作?i=1，该线程必须在本地内存中对?i?进行修改之后才能将其写入主内存中。

二?JMM?与原子性。

在?Java?语言中，对基本数据类型的变量读取赋值操作都是原子性的，对引用类型的变量读取和赋值也是原子性的，因此诸如此类的操作是不可被中断的，要么执行，要么不执行。

但有些情况还是容易弄错，下面举例说明。

x=10; // 该操作是原子性的

y=x; //?非原子性的，它包括多个原子性的步骤

y++; //?非原子性操作，它包括多个原子性步骤

z=z+1; //?非原子性操作，它包括多个原子性步骤

上面四个例子中，只有第一个操作是原子性的，我们得出如下结论

• 多个原子性操作在一起就不再是原子性操作了。
• 简单的读取和赋值操作是原子性的，将一个变量赋给另外一个变量的操作不是原子性的。
• Java?内存模型（JMM）只保证基本读取和赋值是原子操作，其他的均不保证，如果想使某些代码片段具备原子性，需要使用关键字?synchronized，或者?JUC?中的?lock。如果想要使得?int?等类型自增操作具备原子性，可以使用?JUC?包下的原子封装类型?java.util.concurrent.atomic.*。

总结：volatile?关键字不具备保证原子性的语义。

三?JMM?与可见性

在多线程环境下，如果某个线程首次读取共享变量，则首先到主内存中获取该变量，然后存入工作内存中，以后只需要在工作内存中读取该变量即可。同样如果对该变量执行了修改的操作，则先将新值写入工作内存中，然后再刷新到主内存中。但是什么时候最新的值会被刷新到主内存中是不太确定的。

Java?提供了以下三种方式来保证可见性。

1?使用关键字?volatile

当一个变量被?volatile?关键字修饰时，对于共享资源的读操作会直接在主内存中进行（当然也会缓存到工作内存中，当其他线程对该共享资源进行了修改，则会导致当前线程在工作内存中的共享资源失效，所以必须从主内存中再次获取），对于共享资源的写操作当然是先要修改工作内存，但是修改结束后会立刻将其刷新到主内存中。

2?通过synchronized?关键字能够保证可见性

synchronized?关键字能够保证同一时刻只有一个线程获得锁，然后执行同步方法，并且还会确保在释放锁之前，会将对变量的修改刷新到主内存中。

3?通过?JUC?提供的显示锁?Lock 也能保证可见性

Lock?的?lock?方法能够保证在同一时刻只有一个线程获得锁然后执行同步方法，并且确保在锁释放（Lock?的?unlock?方法）之前会将对变量的修改刷新到主内存当中。

总结：volatile?关键字具有保证可见性的语义。

四?JMM?与有序性

在?Java?的内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，在单线程的情况下，重排序并不会引起什么问题，但在多线程的情况下，重排序会影响到程序正确运行，Java?提供了三种保证有序性的方式，具体如下。

• 使用?volatile?关键字来保证有序性

• 使用?synchronized?关键字来保证有序性

• 使用显示锁?Lock?来保证有序性

后两这采用了同步机制，同步代码在执行的时候与在单线程情况下一样自然能够保证顺序性（最终结果的顺序性）。