前言

前段時間筆者寫過一篇關于, 關于《反骨之Java是如何解決并發中的原子性問題》的博文。

其中，提出一個觀點：Java中使用互斥鎖和CAS解決了并發中的原子性問題。

那么，本篇博文則主要探討的是：

Java中如何利用Java內存模型規范中的Volatile、synchronized、final關鍵字解決可見性問題。

（想自學習編程的小伙伴請搜索圈T社區，更多行業相關資訊更有行業相關免費視頻教程。完全免費哦!）

正文

在開始重點之前，我們注意到上文提到的兩個關鍵詞，即內存模型和可見性問題。

由于筆者在《反骨之硬件&軟件為Java并發編程中挖的坑(可見性&原子性&有序性)》一文中，對可見性僅是一筆帶過，所在筆者認為在本篇博文中，需要對可見性進行更進一步的解釋。

所以，在談解決可見性問題之前，我們需要聊聊可見性問題&Java內存模型。

什么是可見性問題呢？

• 可見性，主要強調一個線程對某個共享變量進行更新之后，后續訪問該共享變量的線程可能無法立即讀取到更新后的最新結果，甚至永遠也無法得知其他線程對該共享變量進行過修改操作。那么，這種問題，我們可以稱其為：可見性問題。

當然，可見性問題是也是線程安全性的表現形式之一。

線程安全性的表現形式，即為：原子、有序、可見性。

什么是Java內存模型(JMM)？

• 簡單來說，Java內存模型是一組規范，這些規范告訴JVM如何解決原子性、有序性和可見性問題。

我們知道Java的對象一般是放在堆內存中的，而堆內存是線程共享的，所以Java內存模型的影響范圍一般只涉及堆內存。這里，JMM有一張比較形象的圖1-1：

我們可以看到，JMM處于線程和主內存中間，充當中介人的角色。

當線程和主內存只能通過JMM通信的時候，那么JMM就是唯一的主宰！

接下來是JMM的自我介紹：

大家好，我叫Java memory model(JMM)
為了更好的解決并發編程中的線程安全性問題，即保證并發中的原子性、有序性和可見性。
所以，我規定了以下規則。
規則一：每個線程都有獨立的工作內存, 即工作內存(本地線程)
規則二：所有的共享變量都必須在主內存中, 且只能通過JMM進行控制訪問。
規則三：所有的共享變量都必須在主內存中，每個線程都有自己的工作內存(本地內存)，線程的所有操作都必須在工作內存中進行，而不能直接對主內存進行操作。
規則四：工作內存之間禁止互相訪問。

掌握絕對權力之后，那么JMM就可以制定可見性規范：

比如：當線程A想跟線程B通信的時候

• 首先，線程A需要把自己本地內存中更新后的共享變量副本，刷新到主內存中。
• 隨后，線程B跳過讀取本地內存，直接向主內存中讀取共享變量的值，將主內存中讀取的值放入自己的本地內存中。

從這里可以看出，JMM是通過控制主內存和每個線程的本地內存之間的交互，來達到可見性目的的。

眾所周知，JMM是一組抽象的復雜的規范，那么如何把抽象的、復雜的規范變成現實可用的方法呢？

所以，Java到底是利用什么手段或措施，保證多線程環境下，共享變量是立即可見性的(鎖&volatile&final)。

• 手段一：synchronized或Lock——互斥鎖

在并發編程中，一旦使用互斥鎖，一般能解決所有并發問題！

所以，可見性可以使用互斥鎖進行保障。

• 手段二：volatile關鍵字

在這里筆者并不講volitale的底層實現原理，具體的底層實現細節筆者會單獨寫一篇博文來進行介紹。

其實，被volitale關鍵字修飾的共享變量，具有兩個語義(這里的語義，可以理解為潛規則)。

• 語義一：保證可見性。即，保證線程對共享變量的修改，對其他線程是立即可見的。

volatile關鍵字保證立即可見，其中有幾點需要注意：

其一，使用volatile關鍵字會強制將修改的值(共享變量)立即寫/讀入主內存。

如何實現強制寫入主內存？

在圖1-1中我們可以看到存在線程A和線程B。那么，當線程A對共享變量進行修改的時候，會導致線程B工作內存中的共享變量副本失效。

如何實現強制讀取主內存？

一旦線程工作內存中的共享變量副本失效，那么就必須重新從主內存中讀取最新的值。

當然，看到這里相信讀者們已經看出來了，volitale的語義一是利用緩存一致性協議(MESI)來保證的。

• 語義二：保證有序性。

額…好像保證有序性在本篇博文，出現地有點不合時宜。

反正，讀者們只需要記住：

volitale關鍵字利用禁止指令重排序和禁止編譯優化，保證有序性。

• 手段三：final關鍵字

有final修飾的變量(基本類型)具有不可變性，當且僅有一次賦值，一旦賦值即不可變。

不可變的變量或對象，我們可以稱其為線程安全變量/對象。

因為，final關鍵字修飾的變量是不可變的，在多線程環境中不管怎么操作，都是同一個值。

所以，final關鍵字是保證可見性的手段之一。

總結

• Java內存模型也稱為內存一致性模型，是一些復雜規范的抽象集合，其中規定了工作內存和主內存的概念。

• volitale關鍵字具有兩種語義：保證可見性&有序性。

• final關鍵字意味著不可變(基本數據類型byte, int……)，所以在多線程環境下是立即可見的。

• synchronized、volitale、final三個關鍵字，可以看做是Java內存模型對可見性問題提出的解決方案。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的反骨之Java是如何解决并发中的可见性问题的的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。