【JUC —— 12 JMM 】

Java 内存模型（Java Memory Model，简称 JMM）是 Java 规范的一部分，用于定义线程之间如何通过内存共享变量进行交互。JMM 在多线程环境中确保变量的可见性、原子性和有序性。

1. 什么是 JMM？

JMM 是 Java 的一部分，用于屏蔽不同硬件和操作系统的内存访问差异，保证 Java 程序在不同平台上的一致性。JMM 规范了变量在内存中的存储和读取行为，并通过一系列规则来确保多线程程序的正确性。

2. JMM 的三大特性

2.1 可见性

可见性是指一个线程对共享变量的修改，能够及时地被其他线程看到。JMM 通过以下机制保证可见性：

volatile 关键字：保证被 volatile 修饰的变量在被修改后立即刷新到主内存，并且从主内存读取。
synchronized 块：释放锁时会将变量的修改刷新到主内存，获取锁时会从主内存加载最新的变量值。
final字段：被final修饰的字段在构造器中一旦被初始化，其他线程就能看到它的最新值。

2.2 原子性

原子性是指某个操作是不可分割的，即使在多线程环境中也不会被打断。JMM 保证以下操作的原子性：

基本数据类型的读取和赋值（long 和 double 除外）。
使用 synchronized 锁定的代码块。

2.3 有序性

有序性是指程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。JMM 通过以下机制保证有序性：

happens-before 规则：JMM 提供了 happens-before 规则来确保操作之间的顺序，例如：
程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序执行。
锁定规则：unlock 操作先行发生于 lock 操作。
volatile 变量规则：对 volatile 变量的写操作先行发生于对该变量的读操作。
线程启动规则：Thread.start() 先行发生于该线程的每一个动作。
线程终止规则：线程中的所有操作先行发生于该线程的终止检测（Thread.join() 方法）。

内存屏障

JMM通过内存屏障来禁止特定类型的重排序，确保内存可见性和有序性。内存屏障有以下几种：

LoadLoad屏障：禁止在屏障前的所有加载操作重排序到屏障之后。
StoreStore屏障：禁止在屏障后的所有存储操作重排序到屏障之前。
LoadStore屏障：禁止在屏障前的所有加载操作重排序到屏障之后。
StoreLoad屏障：禁止在屏障后的所有存储操作重排序到屏障之前。

3. JMM 的工作原理

JMM 规范了线程和主内存之间的交互。每个线程都有自己的工作内存（本地内存），工作内存保存了该线程使用的变量的副本（从主内存中拷贝而来）。线程对变量的所有操作都在工作内存中进行，变量的值只有在刷新到主内存后，其他线程才能看到。

3.1 主内存与工作内存

主内存：所有共享变量（实例变量、静态变量）的存储区域。
工作内存：每个线程的本地内存区域，保存了该线程使用的变量的副本。

3.2 交互操作

线程与主内存之间的交互通过以下八种操作完成：

lock：作用于主内存变量，把一个变量标识为线程独占状态。
unlock：作用于主内存变量，释放一个被线程独占的变量。
read：作用于主内存变量，把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中。
load：作用于工作内存变量，把 read 操作从主内存得到的变量值放入工作内存的变量副本中。
use：作用于工作内存变量，把工作内存中的变量值传递给执行引擎。
assign：作用于工作内存变量，把执行引擎接收到的值赋给工作内存的变量。
store：作用于工作内存变量，把工作内存的变量值传送到主内存中。
write：作用于主内存变量，把 store 操作从工作内存得到的变量值放入主内存的变量中。

4. 示例代码

以下是一个简单的示例，演示 volatile 关键字的可见性保证：

在这个示例中，volatile 关键字保证了 flag 变量的可见性，

readerThread 能够及时看到 writerThread 对 flag 的修改。

public class VolatileExample {
    private static volatile boolean flag = false;

    public static void main(String[] args) {
        Thread writerThread = new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000); // 模拟一些工作
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            flag = true;
            System.out.println("Flag set to true");
        });

        Thread readerThread = new Thread(() -> {
            while (!flag) {
                // busy-waiting
            }
            System.out.println("Flag detected as true");
        });

        writerThread.start();
        readerThread.start();
    }
}