淺談Java并發(fā)編程系列（四）—— 原子性、可見性與有序性

tianren124 發(fā)布于2019-08-14 15:50 / 2042人閱讀

摘要：內存模型是圍繞著在并發(fā)過程中如何處理原子性可見性和有序性這個特征來建立的，我們來看下哪些操作實現(xiàn)了這個特性。可見性可見性是指當一個線程修改了共享變量的值，其他線程能夠立即得知這個修改。

Java內存模型是圍繞著在并發(fā)過程中如何處理原子性、可見性和有序性這3個特征來建立的，我們來看下哪些操作實現(xiàn)了這3個特性。

原子性（atomicity）： 由Java內存模型來直接保證原子性變量操作包括read, load, assign, use, store和write。大致可以認為基本數(shù)據(jù)類型的訪問讀寫是具有原子性的。如果應用場景需要一個更大范圍的原子性保證，Java內存模型還提供了lock和unlock操作來滿足需求，盡管虛擬機沒有把lock和unlock操作直接開放給用戶使用，但是卻提供了更高層次的字節(jié)碼指令monitorenter和monitorexit來隱式地使用這兩個操作，這兩個字節(jié)碼指令反映到Java代碼中就是同步塊——synchronized關鍵字，因此在synchronized塊之間的操作也具備原子性。

可見性（visibility）： 可見性是指當一個線程修改了共享變量的值，其他線程能夠立即得知這個修改。Java內存模型是通過在變量修改后將新值同步到主內存，無論是普通變量還是volatile變量都是如此，普通變量與volatile變量的區(qū)別是，volatile的特殊規(guī)則保證了新值能立即同步到主內存，以及每次使用前立即從主內存刷新。因此，可以說volatile保證了多線程操作時變量的可見性，而普通變量不能保證這一點。

除了volatile之外，Java還有兩個關鍵字能實現(xiàn)可見性，即synchronized和final。同步塊的可見性是由“對一個變量執(zhí)行unlock操作之前，必須先把此變量同步回主內存中”這條規(guī)則獲得的，而final關鍵字的可見性是指：被final修飾的字段在構造器中一旦初始化完成，并且構造器沒有把"this"的引用傳遞出去（this引用逃逸是一件很危險的事情，其他線程有可能通過這個引用訪問到“初始化了一半”的對象），那在其他線程中就能看見final字段的值。

有序性： Java程序天然的有序性可以總結為一句話：如果本線程內觀察，所有的操作都是有序的；如果在一個線程中觀察另一個線程，所有的操作都是無序的。前半句是指“線程內表現(xiàn)為串行的語義”，后半句是指“指令重排序”現(xiàn)象和“工作內存與主內存同步延遲”現(xiàn)象。

Java語言提供了volatile和synchronized兩個關鍵字來保證線程之間操作的有序性，volatile關鍵字本身就包含了禁止指令重排序的語義，而synchronized則是由“一個變量在同一時刻只允許一條線程對其進行l(wèi)ock操作”這條規(guī)則獲得的，這條規(guī)則決定了持有同一個鎖的兩個同步塊只能串行地進入。

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