Java 虚拟机的内存模型(Java Memory Model,JMM)规定了 Java 程序中各个线程对共享变量的访问方式,以及线程之间通过共享变量进行通信的行为。Java 应用程序代码在运行时会被加载到虚拟机中,同时为执行代码分配了一定的内存空间。JVM 内存模型主要包括以下几个方面:线程私有区域、线程共享区域、happens-before 原则、原子性、可见性和有序性。
线程私有区域 每个线程都有自己的线程栈,线程栈中保存了当前线程调用方法的现场信息以及方法参数、局部变量等信息。线程栈是线程私有的,不会被其他线程访问。同时,在执行方法时,Java 虚拟机会为方法分配一个栈帧,并将栈帧压入线程栈中。栈帧中会保存该方法的现场信息,包括局部变量表、操作数栈、方法返回地址等。
线程共享区域 Java 虚拟机中存在着线程共享的内存区域,包括堆、方法区等。堆是 Java 程序中最常用的内存区域。Java 虚拟机会为每个线程分配一块堆内存,用于存储对象实例以及数组等数据。方法区则用于存储类信息、常量池等数据。Java 虚拟机会为每个线程分配一块方法区内存,用于存储类信息、常量池等数据。这些共享变量在多个线程之间进行读写操作时,可能会引发竞争条件,需要通过 JMM 来保证线程安全性。
happens-before 原则 happens-before 原则是 Java 内存模型中比较重要的概念之一。happens-before 原则可以理解为一种时间上的偏序关系,规定了在代码执行过程中,哪些操作必须在其他操作之前执行,哪些操作可以在其他操作之后执行。happens-before 原则可以保证线程之间的可见性和有序性。
原子性 JMM 中的原子性指的是一个操作是否能够被保证执行完全或者没有执行。对于一个单独的简单操作,其是具有原子性的。对于复杂的操作,包含多个步骤,可能会被线程切换中断,导致执行结果不确定。Java 并发包中提供了原子性的操作类,如 AtomicInteger、AtomicLong 等,可以保证多个线程同时访问变量时的正确性。
可见性 可见性指的是当一个线程对共享变量进行了修改之后,其他线程能够立即看到这个变量的最新值。在 Java 内存模型中,由于每个线程都有自己独立的线程栈和 CPU 缓存等,因此会出现线程之间的可见性问题。Java 并发包中提供了 synchronized 和 volatile 等关键字,可以保证共享变量的可见性。
有序性 有序性指的是线程中的代码执行顺序是否与订单一致。在多线程并发编程中,代码执行顺序的错误可能导致程序的异常或者逻辑错误。Java 虚拟机通过使用 happens-before 原则、volatile 关键字等来保障数据操作的有序性。
总结 Java 内存模型是一个确保多线程下共享变量的安全性、有序性和可见性的机制。它规定了线程之间对共享变量进行访问的方式和顺序,保证了程序的正确性。需要注意的是,虽然 Java 提供了很多工具来处理并发问题,但在实际应用开发中还是需要程序员根据实际应用场景选择合适的工具和技术。