Java高频面试之并发编程-12

hello啊，各位观众姥爷们！！！本baby今天又来报道了！哈哈哈哈哈嗝🐶

面试官：详细说说java的内存模型

Java内存模型（Java Memory Model, JMM）是Java多线程编程的核心，定义了线程如何与主内存及彼此之间交互，以确保可见性、有序性和原子性。

1. 核心组成

• 主内存（Main Memory）：所有线程共享的内存区域，存储所有变量（实例字段、静态字段等）。
• 工作内存（Working Memory）：每个线程私有的内存区域，保存该线程使用变量的副本。线程对变量的操作在工作内存中进行，之后同步到主内存。

2. 三大特性

• 原子性（Atomicity）
  除long和double外的基本类型读写是原子的（但64位变量在32位JVM中可能非原子）。复合操作（如i++）需通过synchronized或原子类（如AtomicInteger）保证原子性。

• 可见性（Visibility）
  线程对变量的修改需同步到主内存，其他线程才能看到。未同步时，修改可能对其他线程不可见。通过volatile、synchronized或final确保可见性。

• 有序性（Ordering）
  编译器和处理器可能重排序指令以优化性能。JMM通过happens-before规则禁止某些重排序，确保操作顺序符合预期。

3. Happens-Before原则

定义操作间的偏序关系，确保前一个操作的结果对后续操作可见：

• 程序顺序规则：线程内操作按代码顺序执行。
• volatile规则：volatile变量的写操作先于后续读操作。
• 锁规则：解锁操作先于后续加锁操作。
• 线程启动规则：Thread.start()调用先于线程内任何操作。
• 传递性：若A先于B，B先于C，则A先于C。

4. 同步机制

• volatile关键字

  • 保证变量的可见性：写操作立即刷新到主内存，读操作直接从主内存读取。
  • 禁止指令重排序：通过插入内存屏障（如StoreStore、LoadLoad）限制编译器优化。
  • 不保证原子性，适用于单写多读场景（如状态标志）。

• synchronized关键字

  • 进入同步块时，清空工作内存，从主内存读取变量。
  • 退出时，将变量写回主内存。
  • 保证原子性、可见性，并通过互斥锁防止竞态条件。

• final关键字

  • 若对象正确构造（无this逃逸），final字段的初始化值对所有线程可见，无需同步。

5. 内存屏障与指令重排序

• 内存屏障（Memory Barrier）
  CPU指令，分为读屏障（Load Barrier）和写屏障（Store Barrier），用于禁止重排序和强制刷新内存。
• JMM实现
  通过插入内存屏障（如volatile写后插入StoreLoad屏障）实现happens-before规则。

6. 实际应用示例

• 双重检查锁定（Double-Checked Locking）
  单例模式中需对实例变量用volatile修饰，防止因指令重排序返回未初始化的对象。

  public class Singleton {
      private static volatile Singleton instance;
      public static Singleton getInstance() {
          if (instance == null) {
              synchronized (Singleton.class) {
                  if (instance == null) {
                      instance = new Singleton();
                  }
              }
          }
          return instance;
      }
  }
  

• 线程通信（wait()/notify()）
  需在synchronized块中使用，确保修改后的变量状态对其他线程可见。

7. JMM与硬件内存模型

• 抽象与实现
  JMM是高级抽象，屏蔽了不同硬件（如x86的强内存模型、ARM的弱内存模型）的差异。编译器通过插入内存屏障指令，在底层适配JMM规则。