Java内存模型中原子性，可见性和有序性处理

冷不防 2022-12-07 12:29 196阅读 0赞

## 一 概述 ##

Java的内存模型是围绕着在并发过程中如何处理原子性，可见性和有序性这三个特征来建立的。

## 二 原子性（Atomicity） ##

由Java内存模型来直接保证的原子性操作包括read，load，assign，use，store和write这六个，大致认为基本数据类型的访问，读写都是具有原子性的（long和double的非原子性协定除外）。

Java为了满足更大范围的原子性保证，Java内存模型还提供了lock和unlock操作来满足这种需求，尽管虚拟机没有将lock和unlock的操作直接开放给用户使用，但是却保证了更高层次的字节码指令moniterenter和moniterexit来隐式地使用这两个操作。这两个字节码指令反映到Java代码中的同步块——synchronized关键字，因此在synchronized块之间的操作也具备原子性。

## 三 可见性 （Visibility） ##

可见性是指当一个线程修改了共享变量的值时，其他线程能够立即得知此次的修改。Java内存模型是通过在变量修改后将新值同步回主内存，在变量读取前从主内存刷新变量值这种依赖主内存作为传递媒介的方式来实现可见性的，无论是普通变量还是被关键字volatile修饰的变量都是如此。普通变量与volatile变量的区别是，volatile的特殊规则保证了新值能立即同步到主存，以及每次使用前立即从主内存刷新。因为我们可以说volatile保证了多线程操作时变量的可见性，而普通变量则不能保证这一点。

除了volatile之外，Java还有两个关键字能实现可见性，它们时synchronized和final。同步块的可见性时由规则"对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步回主存中（执行store，write操作）"所获得。

final关键字的可见性是指被final修饰的字段在构造器中一旦被初始化完成，并且构造器没有把“this”的引用传递出去（this引用逃逸是一件很危险的事情，其他线程有可能通过这个引用访问到“初始化了一半”的对象），那么在其他线程中就能看见final字段的值。

public static final int i;
        public final int j;
        static {
            i = 0;
            // 省略后续动作
        }
        {
        // 也可以选择在构造函数中初始化
        j = 0;
        // 省略后续动作
        }

变量i和变量j都具备可见性，它们无需同步就能被其他线程正确访问。

## 四 有序性（Ordering） ##

Java内存模型的有序性在前面讲解volatile时也比较详细地介绍过了，Java程序中天然的有序性可以总结为一句话：如果在本线程内观察，所有的操作都是有序的，即线程内类似表现为串行的语义（Within-Thread As-If-Serial Semantics）；如果在一个线程中观察另一个线程，所有的操作都是无序的，即"指令重排"现象和"工作内存与主内存同步延迟"现象。

Java语言提供了volatile和synchronized两个关键字来保证线程之间的操作的有序性，volatile关键字本身就包含了禁止指令重排的语义，而synchronized则是由规则"一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作"获得的，这个规则决定了持有同一个锁的两个同步块只能串行地进入。