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JUC：Java内存模型JMM

article 2024/11/26 19:34:42

1. 面试题

2. Java内存模型Java Memory Model

JMM（Java内存模型Java Memory Model）本身是一种抽象的概念并不真实存在，它仅仅描述的是一组约定或规范，通过这组规范定义了程序中（尤其是多线程）各个变量的读写访问方式并决定一个线程对共享变量的写入以及如何变成对另一个线程可见，关键技术点都是围绕多线程的原子性、可见性和有序性展开的。

能干吗？

通过JMM来实现线程和主内存之间的抽象关系
屏蔽各个硬件平台和操作系统的内存访问差异以实现让Java程序再各种平台下都能达到一致性的内存访问效果。

3. JMM规范下三大特性

可见性：是指当一个线程修改了某一个共享变量的值，其他线程是否能够立即知道该变更，JMM规定了所有的变量都存储在主内存中。

系统中主内存共享变量数据修改被写入的时机是不确定的，多线程并发下很可能出现“脏读”，所以每个线程都有自己的工作内存，线程自己的工作内存中保存了该线程使用到的变量的主内存副本拷贝，线程对变量的所有操作（读取、赋值等）都必须在线程自己的工作内存中进行，而不能够直接写入主内存中的变量，不同线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量，线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成。

线程脏读

主内存中有变量X，初始值为0

线程A要将X加1，先将X=0拷贝到自己的私有内存中，然后更新X的值

线程A将更新后的X值回刷到主内存的时间是不固定的

刚好在线程A没有回刷x到主内存时，线程B同样从主内存中读取X，此时为0，和线程A一样的操作，最后期盼的X=2就会变成X=1

原子性：指一个操作是不可被打断的，即多线程环境下，操作不能被其他线程干扰
有序性：对于一个线程的执行代码而言，我们总是习惯性地认为代码的执行总是从上到下，有序执行。但为了提升性能，编译器和处理器通常会对指令序列进行重新排序。Java规范规定JVM线程内部维持顺序化语义，即只要程序的最终结果与它顺序话执行的结果相等，那么指令的执行顺序可以与代码顺序不一致，此过程叫指令的重排序。

- 优缺点：

- - JVM能根据处理器特性（CPU多级缓存系统、多核处理器等）适当的对机器指令进行重排序，使机器指令更符合CPU的执行特性，最大限度的发挥机器性能。
  - 但是指令重排可以保证串行语义一致，但没有义务保证多线程的语义也一致（即可能产生“脏读”），简单而言就是两行以上不相干的代码在执行的时候有可能先执行的不是第一条，不见得是从上到下顺序执行，执行顺序会被优化。

- 从源码到最终执行示例图：

- - 单线程环境里确实能够保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果一致
  - 处理器在进行重排序时必须考虑到指令之间的数据依赖性
  - 多线程环境中线程交替执行，由于编译器优化重排的存在，可能出现乱序现象，两个线程使用的变量能否保证一致性是无法确定的，结果无法预测。

4. 先行发生原则

4.1 x,y案例说明

x=5	线程A执行
y=x	线程B执行
上述称之为：写后读

问题？

y是否等于5呢？

如果线程A的操作（x=5）happens-before（先行发生）线程B的操作(y=x)，那么可以确定线程B执行y=5一定成立；

如果他们不存在happens-before原则，那么y=5不一定成立

这就是happens-before原则的为例----------->包含可见性和有序性的约束

4.2 happens-before总原则

如果一个操作happens-before另一个操作，那么第一个操作的执行结果将对第二个操作可见，而且第一个操作的执行顺序排在第二个操作之前
如果两个操作之间存在happens-before关系，并不意味着一定要按照happens-before原则制定的顺序来执行。如果重排之后的执行结果与按照happens-before关系来执行的结果一致，那么这种重排序并不非法。

4.3 happens-before之8条

从JDK 5开始，Java使用新的JSR-133内存模型，提供了 happens-before 原则来辅助保证程序执行的原子性、可见性以及有序性的问题，它是判断数据是否存在竞争、线程是否安全的依据，happens-before 原则内容如下：

次序规则：一个线程内，按照代码的顺序，写在前面的操作先行发生于写在后面的操作，也就是说前一个操作的结果可以被后续的操作获取（保证语义串行性，按照代码顺序执行）。比如前一个操作把变量x赋值为1，那后面一个操作肯定能知道x已经变成了1
锁定规则：一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作（后面指时间上的先后）。
volatile变量规则：对一个volatile变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作，前面的写对后面的读是可见的，这里的后面同样指时间上的先后
传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C。
线程启动规则（Thread start Rule）：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作
线程中断规则（Thread Interruption Rule）：

对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生

可以通过Thread.interrupted()检测到是否发生中断

也就是说你要先调用interrupt()方法设置过中断标志位，我才能检测到中断发生
线程终止规则（Thread Termination Rule）：线程中的所有操作都优先发生于对此线程的终止检测，我们可以通过isAlive()等手段检测线程是否已经终止执行。
对象终结规则（Finalizer Rule）：一个对象的初始化完成（构造函数执行结束）先行发生于它的finalize(）方法的开始------->对象没有完成初始化之前，是不能调用finalized()方法的