编辑“︁Java内存模型（Java Memory Model, JMM）”︁（章节）

= Java内存模型（Java Memory Model, JMM） =

== 介绍 ==
'''Java内存模型（JMM）'''是Java并发编程的核心规范，定义了多线程环境下线程如何与内存交互，确保线程安全性。JMM通过'''happens-before关系'''、'''内存屏障'''等机制解决可见性、有序性和原子性问题，是理解`synchronized`、`volatile`、`final`等关键字底层原理的基础。

== 核心概念 ==
=== 1. 主内存与工作内存 ===
JMM将内存分为两类：
* '''主内存（Main Memory）'''：存储所有共享变量的原始值。
* '''工作内存（Work Memory）'''：每个线程私有的内存空间，存储线程操作变量的副本。

<mermaid>
flowchart LR
    A[主内存] -->|读取| B(线程1工作内存)
    A -->|读取| C(线程2工作内存)
    B -->|写入| A
    C -->|写入| A
</mermaid>

=== 2. happens-before关系 ===
JMM通过以下规则保证操作的有序性：
* '''程序顺序规则'''：同一线程内的操作按代码顺序执行。
* '''锁规则'''：解锁操作先于后续的加锁操作。
* '''volatile规则'''：volatile变量的写操作先于后续读操作。
* '''线程启动规则'''：`Thread.start()`先于线程内的任何操作。
* '''传递性'''：若A happens-before B，B happens-before C，则A happens-before C。

== 代码示例 ==
=== volatile关键字 ===
<syntaxhighlight lang="java">
public class VolatileExample {
    private volatile boolean flag = false;

    public void writer() {
        flag = true; // 写操作
    }

    public void reader() {
        if (flag) { // 读操作
            System.out.println("Flag is true");
        }
    }
}
</syntaxhighlight>
'''输出'''（多线程环境下）：
<pre>
Flag is true
</pre>
'''解释'''：`volatile`保证`flag`的修改对所有线程立即可见。

=== 双重检查锁定（DCL）问题 ===
<syntaxhighlight lang="java">
public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton(); // 非原子操作
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
</syntaxhighlight>
'''解释'''：`volatile`防止指令重排序，避免返回未初始化的对象。

== 实际应用场景 ==
* '''缓存一致性'''：如Redis分布式锁的实现需遵循JMM。
* '''事件驱动架构'''：如Kafka消费者线程通过`volatile`标志位控制退出。
* '''高性能计数器'''：`AtomicLong`基于CAS和内存屏障实现。

== 常见问题 ==
=== 1. 指令重排序 ===
编译器/处理器可能优化指令顺序，JMM通过内存屏障禁止特定重排序。例如：
<math>
\text{StoreStore屏障} \rightarrow \text{写操作} \rightarrow \text{StoreLoad屏障}
</math>

=== 2. 伪共享（False Sharing） ===
多个线程修改同一缓存行的不同变量会导致性能下降。解决方案：
<syntaxhighlight lang="java">
@Contended // Java 8+注解
private volatile long counter1;
private volatile long counter2;
</syntaxhighlight>

== 总结 ==
{| class="wikitable"
|-
! 特性 !! 实现机制
|-
| 原子性 | `synchronized`、`CAS`
|-
| 可见性 | `volatile`、`final`、`happens-before`
|-
| 有序性 | 内存屏障、`volatile`
|}

JMM是编写正确高效并发程序的理论基础，开发者需结合具体场景选择同步策略。

[[Category:计算机科学]]
[[Category:面试技巧]]
[[Category:Java并发编程]]