JUC并发编程-JMM

1. JMM简介

JMM（Java 内存模型）是一个在 Java 编程语言中非常重要的概念，特别是在并发编程领域。它定义了 Java 程序中的变量、线程如何与主存（main memory）以及工作内存（working memory）进行交互的规则。JMM 主要涉及到多线程环境下的共享变量可见性、指令重排等问题。

CPU 缓存模型。现代的 CPU 通常具有多层缓存，如 L1、L2、L3 Cache，这些缓存位于 CPU 和主内存之间。CPU 缓存的存在是为了解决 CPU 处理速度和内存处理速度不匹配的问题。当 CPU 需要读取或写入数据时，它会先操作缓存中的数据，然后再将数据同步回主内存。但是，这种机制可能导致内存缓存不一致性问题，即不同线程间对同一数据的读取可能得到不同的值。

JMM 通过制定一系列规则来解决这些问题，这些规则涉及到变量的可见性、指令的重排序等方面。在 Java 中，所有对象都存在于堆内存中，堆内存是所有线程共享的。而每个线程都有自己的栈内存，栈内存中的变量是线程私有的，不会在线程间共享。因此，JMM 主要关注的是堆内存中的共享变量。

2. JMM三大特性

• 原子性（Atomicity）： 原子性指的是一个操作在执行过程中不会被中断，要么全部执行，要么完全不执行。在JMM中，原子性保证了对基本数据类型的读取和写入操作是原子的，但对于复杂操作，如复合操作（比如多个变量的赋值），则需要通过同步（如synchronized关键字或者java.util.concurrent.atomic包下的原子类）来保证原子性。

• 可见性（Visibility）： 可见性指的是当一个线程修改了共享变量的值后，其他线程能够立即看到这个修改。在多线程环境下，为了保证共享变量的可见性，JMM规定了以下几种做法：

  • 使用volatile关键字声明变量，保证对变量的读写直接与主内存交互。
  • final关键字修饰的字段在构造器初始化完成之后对所有线程可见。
  • 通过synchronized块或者锁来保证可见性，因为解锁前必须将共享变量的最新值刷新到主内存中。

• 有序性（Ordering）： 有序性指的是程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。JMM保证了单个线程内程序的执行顺序（即程序顺序规则），但是在多线程环境中，由于指令重排序和缓存的存在，程序的执行顺序可能会发生变化。（即只要程序的最终结果与它顺序化执行的结果相等，那么指令执行的顺序可以不与代码顺序不一致，此过程称为指令的重排序）JMM通过以下方式保证有序性：

  • volatile关键字可以禁止特定类型的处理器重排序。
  • synchronized块内的代码可以保证代码块内部的指令执行顺序

3. happens-before（多线程之间的协作）

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对第二个操作可见，且第一个操作的执行顺序排在第二个操作之前。
• 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。如果重排序之后的执行结果按照happens-before关系来执行的结果一致，那么这种重排序并不违法。

happens-before8条规则：

• 次序规则：一个线程内，按照代码顺序，写在前面的操作先发生写在后面的操作；前一个操作结果可以被后续的操作获取
• 锁定规则：一个unlock操作先行发生于后面对于同一个锁的lock操作
• volatile变量规则：对于一个volatile变量的写操作先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。
• 传递规则：如果操作A先发生于操作B，而操作B先发生于操作C，则操作A先发生于操作C;
• 线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个动作
• 线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先发生于被中断线程的代码检查到中断事件的发生；
• 线程终止规则：线程中的所有操作都先发生于对此线程的终止检测，我们可以通过isAlive()手段检测线程是否已经被终止
• 对象终结规则：一个对象的初始化完成（构造函数执行结束）先行发生它的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

4. 示例代码：

private int count = 0;public synchronized void increment() {count++;
}public synchronized int getCount() {return count;
}