并发编程之Java内存模型锁的内存语义

让我来详细为您讲解Java内存模型的锁的内存语义。

Java内存模型简介

在Java语言中，多线程并发执行时会涉及到线程间共享变量的访问和修改，这就需要保证共享变量的正确性。而Java内存模型就是在多线程环境中用于保证共享变量内存可见性和有序性的一种抽象。Java内存模型通过规定线程间的通信方式和内存可见性协议来实现。

锁的内存语义

Java中的锁机制用于保护共享数据的访问，其中synchronized关键字就是锁机制的一种实现。锁的内存语义指的是在多线程环境下，持有锁的线程对于共享变量的可见性保证。

锁的内存语义实现原理

在Java中，锁的内存语义由JVM和CPU共同实现。JVM通过使用内存屏障指令插入指令流中，使得JVM能够保证在释放锁之前，所持有的锁对内存的写操作在释放锁之后对其他线程可见。CPU则通过总线锁定等硬件机制，保证了在同一时间只有一个线程能够访问到共享变量。

锁对内存可见性的影响

锁能够保证共享变量的可见性，主要体现在以下两个方面：

• 锁保证了一段代码在同一时间只能被一个线程执行，这使得共享变量的修改对其他线程是可见的；
• 在JVM释放锁之前，JVM会强制刷新线程对于共享变量的更新到主内存中，这使得其他线程可以从主内存中获取到共享变量的最新值。

下面我们来看一下具体的示例。

示例一

public class SynchronizedExample {
    private int value = 0;

    public synchronized void increase() {
        value++;
    }

    public int getValue() {
        return value;
    }

    public static void main(String[] args) {
        SynchronizedExample example = new SynchronizedExample();
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            executorService.submit(() -> example.increase());
        }
        executorService.shutdown();
        while (!executorService.isTerminated()) {}
        System.out.println(example.getValue());
    }
}

在这个示例中，我们定义了一个共享资源value和一个increase方法，该方法对共享资源进行了加1操作。由于这个方法是使用synchronized关键字修饰的，因此该方法在同一时间只能被一个线程执行，保证了对共享变量的原子性操作。

在main方法中，我们启动了1000个线程，每个线程递增value值。最后我们打印出value值，可以发现最终结果为1000，说明锁能够保证对共享变量的修改操作是线程安全的。

示例二

public class ReentrantLockExample {
    private int value = 0;
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    public void increase() {
        lock.lock();
        try {
            value++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public int getValue() {
        return value;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ReentrantLockExample example = new ReentrantLockExample();
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            executorService.submit(() -> example.increase());
        }
        executorService.shutdown();
        while (!executorService.isTerminated()) {}
        System.out.println(example.getValue());
    }
}

在第二个示例中，我们使用ReentrantLock代替synchronized来实现锁机制。在increase方法中，我们使用lock对象的lock方法获取锁，在执行完对共享变量的修改操作之后，再调用unlock方法释放锁。

这里需要注意的是，使用ReentrantLock实现的锁机制需要手动释放锁才能让其他线程获取到锁。如果在获取锁之后的代码中抛出异常，那么锁就无法释放，这就导致其他线程无法获取到锁。

总之，锁的内存语义是Java并发编程中非常重要的一个概念，了解锁的实现原理以及对内存可见性的影响能够帮助我们更好地编写线程安全的代码。