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一、Java内存模型(JMM)是什么?

Java内存模型(Java Memory Model, JMM)是Java多线程编程中共享内存的访问规则,定义了线程如何与主内存(Main Memory)和工作内存(Work Memory)交互,解决多线程并发中的原子性、可见性、有序性问题。确保多线程程序在不同架构的处理器和内存系统上都能正确运行。


二、核心概念
  1. 主内存与工作内存

    • 主内存:所有线程共享的内存区域,存储变量(实例字段、静态字段等),类似于计算机中的物理内存。

    • 工作内存:每个线程私有的内存区域,存储主内存变量的副本。

    • 交互规则:线程只能操作工作内存中的变量副本,修改后需同步回主内存。

  2. 原子性、可见性、有序性

    • 原子性:操作不可分割(如AtomicInteger),要不全部完成,要不全部不做。

      1. 基本数据类型的赋值操作(如int a = 10)。

      2. 使用synchronized关键字或Lock接口实现的同步代码块。

        public class Counter {private int count = 0;
        ​public synchronized void increment() {count++;}
        }
    • 可见性:一个线程对变量的修改能被其他线程立刻看到(volatilesynchronized)。

      1. volatile关键字:确保变量的修改立即刷新到主内存,其他线程读取时能获取最新值。

      2. synchronized关键字:线程退出同步块时,会将工作内存中的变量写回主内存。

        public class VolatileExample {private volatile boolean running = true;
        ​public void stop() {running = false;}
        ​public void run() {while (running) {// do something}}
        }
    • 有序性:代码执行顺序与程序顺序一致(防止指令重排序)。

      1. happens-before原则:定义了操作的先后顺序。

      2. 内存屏障:防止指令重排序。

  3. Happens-Before原则 JMM定义的保证有序性的规则,若操作A happens-before 操作B,则A的结果对B可见。 常见规则:

    • 程序顺序规则 :在单线程中,代码的执行顺序符合书写顺序。

    • volatile变量规则

    • 锁规则(synchronizedLock

    • 线程启动/终止规则

    • 传递性规则


三、关键机制
  1. volatile关键字

    • 保证变量的可见性:直接读写主内存,禁止缓存。

    • 禁止指令重排序:通过插入内存屏障(Memory Barrier)。

    • 示例:双检锁单例模式中的volatile修饰实例对象。

  2. synchronized与锁

    • 通过监视器锁(Monitor)实现原子性和可见性。

    • 线程解锁前必须将变量同步回主内存。

  3. final关键字

    • 构造函数中对final域的写入,与后续引用赋值操作不会被重排序。

    • 确保其他线程看到final变量时,其初始化已完成。

  4. 并发工具类

    如CountDownLatch、CyclicBarrier等,用于更复杂的线程同步。


四、常见问题与面试考点
  1. volatile能否保证原子性?

    • 不能。volatile仅保证读写操作的原子性,但复合操作(如i++)仍需同步。

  2. DCL(双检锁)单例模式为什么要加volatile?

    • 防止指令重排序导致其他线程获取未初始化完成的对象。

  3. synchronized和ReentrantLock的区别?

    • synchronized是JVM内置锁,自动释放;ReentrantLock需手动加锁/解锁,支持公平锁、条件变量。

  4. 什么是内存可见性问题?如何解决?

    • 线程A修改变量后未及时同步到主内存,线程B读取旧值。

    • 解决:volatilesynchronizedLock

  5. 指令重排序的典型场景?

    • 单例模式初始化:new Object()可能被拆分为分配内存、初始化对象、赋值引用三步,重排序后导致空指针。

  6. 什么是“线程安全的发布”?

    • 对象在构造完成后才能被其他线程访问。

    • 方式:volatile、静态初始化块、final域、线程安全容器(如ConcurrentHashMap)。


jJ五、代码示例:内存可见性问题
public class VisibilityDemo {// 不加volatile可能导致死循环private static volatile boolean flag = true;
​public static void main(String[] args) throws InterruptedException {new Thread(() -> {while (flag) {} // 线程可能读取到旧的flag值System.out.println("Thread stopped.");}).start();
​Thread.sleep(1000);flag = false; // 主线程修改flag}
}

六、面试总结
  1. 必考知识点

    • volatile的作用与原理

    • synchronized的底层实现(Monitor、锁升级)

    • Happens-Before原则的规则

    • 指令重排序与内存屏障

  2. 加分回答

    • 结合JMM分析ConcurrentHashMap的线程安全设计。

    • 对比JMM与物理内存模型(CPU缓存、MESI协议)。

掌握JMM是写出高并发代码的基础,也是大厂面试的必考领域!

http://www.zhongyajixie.com/news/16463.html

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