鎮樓小姐姐
可獲得兩大新人禮包
36份一線互聯網Java面試電子書
84個Java稀缺面試題視頻
前言
Java內存模型（JMM）給我們介紹了在當代不同的硬件架構情況下，多線程程序需要關注什麼問題以及如何利用JMM來正確的處理這些問題。
多線程帶來的問題
多線程程序主要關注兩個問題：
（1）共享變量可見性問題
（2）代碼重排序一致性問題
Java內存模型的關鍵點
JMM已經保證了as-if-serial原則，也就是Java的程序在單線程情況下，不管JIT做不做重排序，也不管代碼指令在幾個CPU上執行，看到的最終結果必須和代碼順序執行的結果保持一致。
但是在多線程的情況下，如何才能正確的處理的變量可見性問題和重排序的一致性問題？
關鍵在於理解和運用下面的兩塊內容：
（1）happens-before相關
（2）data race相關
關於Memory Consistency Errors
Memory Consistency Errors中文含義是：**內存一致性錯誤**，指的的是多線程環境下，對於同一個共享變量的值在不同的線程看到的視圖不一致。
偽代碼如下：
Java代碼
```
int counter = 0;
```
此時A線程正在執行：
Java代碼
```
counter++;
```
然後過了幾秒後，B線程打印這個值：
Java代碼
```
System.out.println(counter);
```
此時B線程的打印結果很大可能是0，但A線程裡面其實這個值已經是1了，這就是典型的內存一致性錯誤。這情況種只能通過happens-before規則來避免。
關於happens-before
happens-before是JMM裡面保證在一個線程裡面執行的action（讀或者寫）的結果，可以在隨後的其他線程裡面立馬可見的一系列規則。比如 x happens-before y ，那麼不管x和y是不是在同一個線程裡面，JMM都會保證對於x的update都會立馬裡面對y線程可見，也就是x總會先於y執行，前提是兩者必須有happens-before關係，否則就會出現上面的內存一致性錯誤的問題。
如何建立happens-before關係？ 這裡面有幾條規則：
（1） 單線程中的程序執行結果與代碼的順序執行結果保持一致。
你能會好奇，難道單線程不是順序執行的嗎？ 答案是的確不一定按照順序執行，這個跟硬件的指令重排序有關，目的是為了優化性能讓cpu更快的執行指令，但有happens-before保證，所以結果跟代碼順序執行的結果保持一致，這是最基礎的保證，也是最重要的保證。
（2）同一個鎖的unlock操作，在其他線程lock後，變量是可見的。
Java代碼
```
class LockRule {
private int value = 0;
public synchronized void setValue(int value) {
this.value = value;
}
public synchronized int getValue() {
return value;
}
}
- ```
也就是在A線程中執行setValue操作，在B線程中執行getValue方法是可以看到變化的，注意這裡一定是同一個監視器才可以，比如上面這段代碼就是用對象做為監視器。此外ReentrantLock鎖也具有相同的語義。
（3）volatile修飾的變量，在一個線程update後，立刻對其他的線程可見。這個不多說，前面的文章介紹過。
（4）關於Thread的start方法，是指在一個線程A中啟動另外另外一個線程B時，A裡面所有的變量對B是可見的，最常見的就是我們在java的main線程中啟動的線程是可以看到啟動之前所有的main線程的變量的。底層是啟動前把所有內容都同步到主內存裡面了，然後新的線程會從主內存裡面拷貝一份數據到自己的cache，所以是可見的。
B.start() //啟動B線程
B.join() //main線程等待B線程結束
此時在B線程裡面修改了成員變量，在B線程結束的時候，main線程是可以直接看到最終變化的。這是一個線程結束的時候會把自己緩存的值給刷新到主內存，所以感知了B線程結束的主線程是可以看到所有變化的。
B.start() //啟動B線程
B.interrupt() //打斷B線程，此時B線程的是可以看到主線程的修改的狀態
（7）對於實例的finalize()方法，當實例的構造方法執行完畢之後，如果再執行finalize()方法，此時實例裡面的所有變量不管有多少線程修改過對finalize()方法都是可見的。
（8）傳遞性規則： 如果 A happens-before B 並且 B happens-before C, 那麼 A happens-before C
關於data race
data race又叫數據競爭，在這裡指的多個線程之間沒有符合的happens-before規則，但是它們又需要修改同一個共享變量，比如上面的counter的例子，最終會造成內存一致性的問題，這種情況下可以通過Java自帶的一些鎖機制來避免。
關於上篇文章遺留問題
在上篇文章中，我遺留了一個問題，那就在下面的代碼中：
Java代碼
```
private static boolean keepRunning=true;
public static void main(String[] args) throws Exception {
new Thread(
()->{
while (keepRunning){
//System.out.println();
}
}
).start();
Thread.sleep(1000);
keepRunning=false;
}
```
如果我把while循環裡面的打印語句去掉，那麼即使沒有volatile關鍵字，程序也可以結束循環，為什麼？ 其實答案就在今天的知識裡面，因為打印語句會鎖住當前的實例，源碼如下：
Java代碼
```
public void println(boolean x) {
synchronized (this) {
print(x);
newLine();
}
}
```
對應到上面的happens-before的第二條規則就很容易的解釋通了。
總結
本篇文章主要介紹了Java內存模型主要描述的問題以及解決多線程環境下的問題思路，我們瞭解和學習了什麼是內存一致性錯誤，happens-before的規則，數據競爭的內容，掌握了這些知識將非常有助於我們深入到Java併發編程的世界，希望大家可以有所收穫。
閱讀更多 李紅 的文章
