Java内存模型可见性问题相关解析

Java是一门高级程序设计语言，应用广泛，但是在并发编程时，由于内存可见性问题可能会导致程序出现一些奇怪的行为。本文将详细讲解Java内存模型可见性问题及相关解析。

什么是Java内存模型可见性问题？

Java内存模型中存在着共享变量被多个线程同时访问的情况。然而，由于JVM使用CPU缓存等优化策略，可能会将某些共享变量的值存储在CPU缓存中，导致不同线程对该变量的访问结果不一致。这种情况就被称为Java内存模型可见性问题。

Java内存模型可见性问题的解决方案

解决Java内存模型可见性问题的方法有多种，其中最常用的方法是使用synchronized关键字或volatile关键字。下面将分别讲解这两种方法的作用以及使用方法。

使用synchronized关键字

synchronized是一种Java语言关键字，用于在多线程访问共享资源时保证线程之间的同步性。对于synchronized关键字，必须保证每个线程都可见同步块的修改，从而解决Java内存模型可见性问题。例如：

public synchronized void increment() {
    count++;
}

在上面的示例代码中，使用synchronized关键字把increment()方法变成了同步方法。这样，在调用increment()方法时将获得对象的锁，从而保证了线程之间的同步性，避免了Java内存模型可见性问题。

使用volatile关键字

volatile是一种Java关键字，用于修饰变量。当一个变量被volatile关键字修饰时，所有线程都能够看到该变量的最新值，因此避免了Java内存模型可见性问题。例如：

public class MyThread extends Thread {
    private volatile boolean running = true;

    public void run() {
        while (running) {
           // do something...  
        }
    }

    public void terminate() {
        running = false;
    }
}

在上面的示例代码中，使用了一个volatile关键字修饰的boolean类型成员running来保证MyThread线程的可停止性。当terminate()方法被调用时，running会被设为false，从而让MyThread线程停下来。

案例分析

下面提供两个简单的案例，帮助我们更好地理解Java内存模型可见性问题。

示例一

我们定义一个data变量，在t1线程中对该变量进行赋值，然后t2线程对该变量进行访问。

public class MemoryModelDemo {
    private static int data;

    public static void main(String[] args){
        Thread t1 = new Thread(){
            public void run(){
                data = 1;
            }
        };
        Thread t2 = new Thread(){
            public void run(){
                System.out.println(data);
            }
        };
        t1.start();
        t2.start();        
    }
}

上面的示例代码中，由于没有使用同步块或者volatile关键字等保证数据可见性的方法，因此会出现线程之间的数据不一致问题，输出结果为0。

示例二

下面的示例代码实现了生产者和消费者两个线程之间的数据共享和同步，使用了synchronized关键字保证了数据可见性。

public class MemoryModelDemo {
    private static int data;

    public static void main(String[] args){
        final Producer producer = new Producer();
        final Consumer consumer = new Consumer();

        Thread t1 = new Thread(){
            public void run(){
                producer.produce();
            }
        };

        Thread t2 = new Thread(){
            public void run(){
                consumer.consume();
            }
        };

        t1.start();
        t2.start();
    }

    static class Producer{
        public synchronized void produce(){
            System.out.println("Producer: producing...");
            data = 1;
        }
    }

    static class Consumer{
        public synchronized void consume(){
            System.out.println("Consumer: consuming...");
            System.out.println("data = " + data);
        }
    }
}

上面的示例代码中，使用了synchronized关键字保证了生产者和消费者两个线程的同步性，从而避免了Java内存模型可见性问题。