java并发编程实战《二》java内存模型

Java解决可见性和有序性问题：Java内存模型

什么是 Java 内存模型？

Java 内存模型是个很复杂的规范，可以从不同的视角来解读，站在我们这些程序员的视角，本质上可以理解为，

Java 内存模型规范了 JVM 如何提供按需禁用缓存和编译优化的方法。具体来说，这些方法包括 volatile、synchronized 和 final 三个关键字，以及六项 Happens-Before 规则。

Happens-Before 规则：前一个操作的结果对后续操作可见。

前面一个操作的结果对后续操作是可见的

前面一个操作的结果对后续操作是可见的

• 程序的顺序性规则

  程序的顺序性规则
  程序的顺序性规则
  程序的顺序性规则

  程序的顺序性规则

  • 　　在一个线程中，按照程序顺序，对前部分代码的操作对后面的操作是可见的
• volatile规则
  • 　　对volatile变量的写相对于volatile变量的读可见
• 传递性规则
  • 　　a对b可见，b对c可见，则a对c可见

• 管程中锁的规则
  • 　　对一个锁的解锁对后续对这个锁的加锁可见
• 线程 start() 规则
  • 指主线程 A 启动子线程 B 后，子线程 B 能够看到主线程在启动子线程 B 前的操作。
  • 　　

     1 package com.jeek_time.java并发编程实战.二.happensbefore;
     2
     3 /**
     4  * 测试happens-before中的start规则
     5  * 主线程中start子线程B，在start B线程时可看到主线程对共享变量的操作， 0 -> 1
     6  */
     7 class TestStart{
     8     static int i=0;
     9     public static void main(String[] args) {
    10         i=1;
    11         final Thread subThreadB = new Thread(() ->{
    12             System.out.println(TestStart.i);
    13         });
    14         subThreadB.setName("子线程B");
    15         subThreadB.start();
    16     }
    17 }

• 线程 join() 规则
  • 　指主线程 A 等待子线程 B 完成（主线程 A 通过调用子线程 B 的 join() 方法实现），当子线程 B 完成后（主线程 A 中 join() 方法返回），主线程能够看到子线程的操作(共享变量)
  • 下面这段代码的结果：先0后1，刚好可印证结论，很有趣。　

  •  1 package com.jeek_time.java并发编程实战.二.happensbefore;
     2
     3 import lombok.SneakyThrows;
     4
     5 /**
     6  * 测试happens-before中的join规则
     7  * 指主线程等待子线程 B 完成（主线程通过调用子线程 B 的 join() 方法实现），
     8  * 当子线程 B 完成后（主线程中 join() 方法返回），主线程能够看到子线程B的操作(共享变量)
     9  */
    10 public class TestJoin{
    11     static int i = 0;
    12     @SneakyThrows
    13     public static void main(String[] args) {
    14         final Thread subThreadB = new Thread(() ->{
    15             TestJoin.i = 1;
    16             try {
    17                 Thread.sleep(1000);
    18             } catch (InterruptedException e) {
    19                 e.printStackTrace();
    20             }
    21         });
    22         subThreadB.setName("子线程B");
    23         subThreadB.start();
    24
    25         System.out.println("返回前：" + TestJoin.i);
    26         subThreadB.join();
    27         System.out.println("返回后：" + TestJoin.i);
    28     }
    29
    30 }

final

　　final 修饰变量时，初衷是告诉编译器：这个变量生而不变，可以可劲儿优化。

　　问题类似于上一期提到的利用双重检查方法创建单例，构造函数的错误重排导致线程可能看到 final 变量的值会变化。

　　在 1.5 以后 Java 内存模型对 final 类型变量的重排进行了约束。现在只要我们提供正确构造函数没有“逸出”，就不会出问题了。

 

　　比如，在构造函数里面将 this 赋值给了全局变量 global.obj，这就是“逸出”，线程通过 global.obj 读取 x 是有可能读到 0 的。因此我们一定要避免“逸出”。

　　

2 final int x;
3 // 错误的构造函数
4 public FinalFieldExample() {
5   x = 3;
6   y = 4;
7   // 此处就是讲this逸出，
8   global.obj = this;
9 }

 

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　　Happens-Before 规则最初是在一篇叫做 Time, Clocks, and the Ordering of Events in a Distributed System 的论文中提出来的，在这篇论文中，Happens-Before 的语义是一种因果关系。在现实世界里，如果 A 事件是导致 B 事件的起因，那么 A 事件一定是先于（Happens-Before）B 事件发生的，这个就是 Happens-Before 语义的现实理解。

　　在 Java 语言里面，Happens-Before 的语义本质上是一种可见性，A Happens-Before B 意味着 A 事件对 B 事件来说是可见的，无论 A 事件和 B 事件是否发生在同一个线程里。例如 A 事件发生在线程 1 上，B 事件发生在线程 2 上，Happens-Before 规则保证线程 2 上也能看到 A 事件的发生。

 

课后思考

有一个共享变量 abc，在一个线程里设置了 abc 的值 abc=3，你思考一下，有哪些办法可以让其他线程能够看到abc==3？

• 　　声明共享变量abc，并使用volatile关键字修饰abc
• 　　声明共享变量abc，在synchronized关键字对abc的赋值代码块加锁，由于Happen-before管程锁的规则，可以使得后续的线程可以看到abc的值。
• 　　A线程启动后，使用A.JOIN()方法来完成运行，后续线程再启动，则一定可以看到abc==3

摘自极客时间王宝令老师的课程