1.4 原子性、可见性、有序性

Java内存模型是围绕着在并发过程中如何处理原子性、可见性和有序性这3个特征来建立的。

哪些操作实现了这3个特性。

原子性(Atomicity)

由Java内存模型来直接保证的原子性变量操作包括read、load、assign、use、store和write,我们大致可以认为基本数据类型的访问读写是具备原子性的。

可见性(Visibility)

可见性是指当一个线程修改了共享变量的值,其他线程能够立即得知这个修改。

Java内存模型是通过在变量修改后将新值同步回主内存,在变量读取从主内存刷新变量值这种依赖主内存作为传递媒介的方式来实现可见性的,无论是普通变量还是volatile变量都是如此,普通变量与volatile变量的区别是,volatile的特殊规则保证了新值能立即同步到主内存,以及每次使用前立即从主内存刷新

除了volatile之外,Java还有两个关键字能实现可见性,即synchronized和final。同步块的可见性是由“对一个变量执行unlock操作之前,必须先把此变量同步回主内存中(执行store、write操作)”这条规则获得的,而final关键字的可见性是指:被final修饰的字段在构造器中一旦初始化完成,并且构造器没有把"this"的引用传递出去(this引用逃逸是一件很危险的事情,其他线程有可能通过这个引用访问到“初始化了一半”的对象),那在其他线程中就能看见final字段的值。

引用逃逸

逸出”有点抽象,举个例子,在下面例子中,在构造函数里将 this 赋值给了全局变量 global.obj,这就是“逸出”,线程通过 global.obj 读取 x 是有可能读到 0 的。因此我们一定要避免“逸出”。

// 以下代码来源于【参考1】
final int x;
// 错误的构造函数
public FinalFieldExample() { 
  x = 3;
  y = 4;
  // 此处就是讲this逸出,
  global.obj = this;
}

有序性(Ordering)

Java内存模型的有序性在前面讲解volatile时也详细地讨论过了,Java程序中天然的有序性可以总结为一句话:如果在本线程内观察,所有的操作都是有序的如果在一个线程中观察另一个线程,所有的操作都是无序的

前半句是指“线程内表现为串行的语义”(WithinThreadAsIfSerialSemantics),后半句是指“指令重排序”现象和“工作内存与主内存同步延迟”现象。

Java语言提供了volatilesynchronized两个关键字来保证线程之间操作的有序性,volatile关键字本身就包含了禁止指令重排序的语义,而synchronized则是由“一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行lock操作”这条规则获得的,这条规则决定了持有同一个锁的两个同步块只能串行地进入。

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