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Java内存模型：从面试角度剖析

2023-06-16 13:04:20 深夜i -- --

Java内存模型多线程 synchronized关键字 volatile关键字原子变量类

Java作为一门面向对象的高级编程语言，其在开发中的使用广泛，涉及到许多问题，其中最常见的就是内存模型。Java内存模型定义了在多个线程下内存如何被分配、访问和管理，是Java并发编程的重要部分。针对这一问题，本文从面试角度来剖析Java内存模型，帮助读者更好地理解和掌握这一知识点。

从JVM的角度来看，JVM中的内存分为堆内存、栈内存、方法区和直接内存。在多线程编程中，需要考虑并发访问带来的线程安全问题。为了解决这个问题，Java内存模型在并发编程过程中，引入了一系列保证多线程访问的原子性、有序性和可见性的机制。这些机制包括synchronized关键字、volatile关键字、原子变量类和锁等机制。

接下来，我们通过以下代码案例来说明Java内存模型中这些机制的使用：

 java
public class Test {
  // 此变量共享
  public static volatile int a = 0;
  public static void main(String[] args) {
    // 创建两个线程
    Thread thread1 = new Thread(() -> {
      for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        // a自增操作
        a++;
      }
    });
    Thread thread2 = new Thread(() -> {
      for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        // a自增操作
        a++;
      }
    });
    // 启动两个线程
    thread1.start();
    thread2.start();
    try {
      // 等待两个线程执行完成
      thread1.join();
      thread2.join();
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
    // 输出a的值
    System.out.println("a=" + a);
  }
}

在以上代码中，我们定义了一个共享变量a，并创建了两个线程，分别对a进行1000次自增操作。如果不考虑内存可见性的问题，在多次运行代码时，有可能输出的a的值小于2000。这是因为在两个线程对a进行操作时，缓存中的a的值可能不会及时更新到主存中，导致两个线程出现竞争问题而导致结果不准确。

为了解决这个竞争问题，可以使用Java内存模型中的volatile关键字，表示该变量具有可见性。在上述代码中，将变量a声明为volatile可以保证多线程在访问变量a时，拿到的都是主存中最新的值。重新运行代码后，输出的a的值将一定等于2000。

除了volatile关键字，在Java内存模型中，还可以使用synchronized关键字、原子变量类和锁等机制来保证多线程访问时的线程安全问题。例如，在需要对临界区进行同步访问时，可以使用synchronized关键字锁住该部分代码：

 java
public class Test {
  // 此变量共享
  public static int a = 0;
  public static void main(String[] args) {
    // 创建两个线程
    Thread thread1 = new Thread(() -> {
      synchronized (Test.class) {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
          // a自增操作
          a++;
        }
      }
    });
    Thread thread2 = new Thread(() -> {
      synchronized (Test.class) {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
          // a自增操作
          a++;
        }
      }
    });
    // 启动两个线程
    thread1.start();
    thread2.start();
    try {
      // 等待两个线程执行完成
      thread1.join();
      thread2.join();
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
    // 输出a的值
    System.out.println("a=" + a);
  }
}

在以上代码中，我们使用synchronized关键字将线程访问的临界区代码进行同步，保证了多线程对变量a的访问的线程安全问题。

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