JAVA内存模型和Happens-Before规则知识点讲解

JAVA内存模型和Happens-Before规则是Java多线程编程中非常重要的知识点，理解这些知识对于编写高质量的并发程序至关重要。

JAVA内存模型

Java内存模型（Java Memory Model）是Java虚拟机规范中定义的一个重要概念，它决定了一个线程如何与另一个线程通信以及如何访问共享内存。

主内存和工作内存

JAVA内存模型将内存分为主内存（Main Memory）和工作内存（Working Memory）两个部分。主内存是所有线程可以访问的共享内存区域。而每个线程都有自己的工作内存，工作内存中包含了该线程需要用到的共享变量的本地副本。

内存间交互的操作

Java内存模型定义了一些原子操作，这些原子操作可以保证内存间的数据可见性和有序性，同时保证线程对共享变量的操作是线程安全的。这些原子操作包括：

• lock：获得锁
• unlock：释放锁
• read：从主内存中读取数据
• load：从主内存中读取数据并放到工作内存
• use：将工作内存中的数据放到执行引擎
• assign：将执行引擎中的数据赋值到工作内存
• store：将工作内存中的数据放到主内存
• write：将工作内存中的数据放到主内存并同步到其他线程

线程间通信

Java内存模型中使用volatile关键字和synchronized关键字来实现线程间的通信和同步：

• volatile关键字用于保证一个变量对所有线程的可见性，即每个线程都可以读取到该变量的最新值。
• synchronized关键字用于保证多线程修改共享变量的线程安全性，即同一时刻只有一个线程可以获得锁，并且执行完同步块中的代码之后释放锁。

Happens-Before规则

Happens-Before规则（HB规则）是Java内存模型中用于指导线程安全编程的一系列规则，这些规则可以保证多线程程序的正确性和可靠性。

Happens-Before规则的定义

Happens-Before规则定义了两种操作之间的顺序关系：

• 如果A Happens-Before B，那么在执行A之后执行B时，B能看到A的执行结果。
• 如果A和B没有Happens-Before关系，那么它们之间的顺序关系是未定义的。

Happens-Before规则的应用

使用Happens-Before规则可以避免线程间的数据竞争和死锁等问题，下面是两个Happens-Before规则的示例：

1. 锁规则

对于锁的一个解锁操作happens-before于后续对于同一个锁的加锁操作。例如：

public class LockExample {
    private int value;

    public synchronized void setValue(int val) {
        this.value = val;
        //执行完同步方法后释放锁
    }

    public synchronized int getValue() {
        //获得锁
        return value;
    }
}

在上面的例子中，setValue方法和getValue方法都被synchronized关键字修饰，setValue在执行之后会释放锁，这样就保证了getValue方法一定能够读取到最新的value值。

2. volatile规则

对于volatile变量的写操作Happens-Before于后续对于同一个变量的读操作。例如：

public class VolatileExample {
    private volatile int value;

    public void setValue(int val) {
        this.value = val;
    }

    public int getValue() {
        return value;
    }
}

在上面的例子中，value变量被volatile关键字修饰，这样就保证了setValue方法对value的写操作一定能被其他线程及时看到。getValue方法的读操作也一定能读取到最新的value值。

总结

Java内存模型和Happens-Before规则是Java多线程编程中非常重要的知识点。了解这些知识可以帮助我们编写高质量的并发程序，避免数据竞争和死锁等问题。

在编写多线程程序时，我们应该尽可能地避免使用共享变量，并且对于共享变量的操作要进行加锁，使用volatile关键字等方式来保证数据的可见性和有序性。同时，我们也应该尽可能地避免使用Thread.sleep等方式来进行线程控制，而应该使用Java提供的高级线程库，如Executor、Semaphore、CountDownLatch等。