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Java内存模型与原子性、可见性、有序性

一、Java内存模型

Java Memory Modle，简称 JMM，中文名称 Java内存模型，它是一个抽象的概念，用来描述或者规范访问内存变量的方式。因为各中计算机的操作系统和硬件不同，方式机制也可能不同，Java内存模型用于屏蔽(适配)各种差异，以此来达到访问各个平台的一致的效果。这也是Java夸平台的重要原因之一。

主内存： Java内存规定了所有变量都存储在主内存(Main Memory)中，各个线程又有自己的本地内存(工作内存)，本地内存保存着主内存中部分变量。具体访问方式如下：

1、lock加锁：为了保证访问主内存变量的线程安全性，在访问前一般会加锁处理；

2、read读：从主内存中读取一个变量到工作内存；

3、load加载：把read读到的变量加载到工作内存的变量副本中；

4、use使用：此时线程可以使用其工作内存中的变量了；

5、assign赋值：将处理后的变量赋值给工作内存中的变量；

6、store存储：将工作内存中的变量存储到主内存中，以新建new 一个新变量的方式存储；

7、write写：将store存在的新变量的引用赋值给被处理的变量；

8、unload解锁：所有的工作做完，最后解锁释放资源。

二、Java内存模型的三大特性

1、原子性(Atomicity)

这里的原子性如同数据库事务中是原子性，一个或多个操作要么全执行成功要么全执行失败(全不执行)。

int a = 1;

a++;

double b = 1.5;

Java内存模型只保证单一的操作具有原子性，比如上面的 int a = 1; 是一个单子的操作，所以具有原子性。而 a++ 操作在底层会分为三个操作：1)、读取a的值给临时变量；2)、临时变量a的值加1操作；3)、将加操作后的值赋值给a。每个操作都是原子的，但Java内存模型在多线程下并不能保证多操作具有整体原子性，因为它也不知道这个整体内有多少操作，用户想要达到多操作具有整体原子性，需要对响应的代码块做同步(synchronous)处理，比如使用 有锁的synchronized 或 无锁的CAS。

2、可见性(Visibility)

这里的可见性是内存可见性。

如上图，线程1和线程2在未同步的情况下对共享内存(主内存)中的变量进行访问，比如两个线程的操作都是对变量a进行加1操作。假设线程1首先获取主内存中变量a的值，随后线程2又获取了主内存变量a的值，此时它们工作内存中a的值都是1，它们各自将a的值加1操作，然后assign至工作内存，工作内存中变量a的值都是2，然后两个线程又将值刷新到主内存，最后的结果是主内存中变量a的值是2。虽然整体对a的值加1操作做了两次操作，但由于线程间的操作是互相隔离的，默认情况下无法感知内存变量的值在随后的变化，也就无法访问内存中最新的变量值，这就是内存可行性的问题。

如何解决内存可见性的问题？1)、对进入临界区的线程做同步处理(比如 synchronized),同一时刻仅有一个线程能够访问临界区的资源；

2)、使用 volatile 关键字保证内存可见性，它能保证访问临界区资源的所有线程总能看到共享资源的最新值；

3)、CAS无锁化。

3、有序性(Ordering)

线程内的所有操作都是有序的，既程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。比如下面的示例：

int a = 1;

int b = 2;

int c = a + b;

线程内程序会先执行 int a = 1; ，然后执行 int b = 2; 最后执行int c = a + b;。