一、Java內(nèi)存模型（JMM）是什么？

Java內(nèi)存模型（Java Memory Model, JMM）是Java多線程編程中共享內(nèi)存的訪問規(guī)則，定義了線程如何與主內(nèi)存（Main Memory）和工作內(nèi)存（Work Memory）交互，解決多線程并發(fā)中的原子性、可見性、有序性問題。確保多線程程序在不同架構(gòu)的處理器和內(nèi)存系統(tǒng)上都能正確運行。

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二、核心概念

1. 主內(nèi)存與工作內(nèi)存

   • 主內(nèi)存：所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域，存儲變量（實例字段、靜態(tài)字段等），類似于計算機中的物理內(nèi)存。

   • 工作內(nèi)存：每個線程私有的內(nèi)存區(qū)域，存儲主內(nèi)存變量的副本。

   • 交互規(guī)則：線程只能操作工作內(nèi)存中的變量副本，修改后需同步回主內(nèi)存。

2. 原子性、可見性、有序性

   • 原子性：操作不可分割（如AtomicInteger），要不全部完成，要不全部不做。

     1. 基本數(shù)據(jù)類型的賦值操作（如int a = 10）。

     2. 使用synchronized關鍵字或Lock接口實現(xiàn)的同步代碼塊。

        public class Counter {private int count = 0;
        ?public synchronized void increment() {count++;}
        }

   • 可見性：一個線程對變量的修改能被其他線程立刻看到（volatile、synchronized）。

     1. volatile關鍵字：確保變量的修改立即刷新到主內(nèi)存，其他線程讀取時能獲取最新值。

     2. synchronized關鍵字：線程退出同步塊時，會將工作內(nèi)存中的變量寫回主內(nèi)存。

        public class VolatileExample {private volatile boolean running = true;
        ?public void stop() {running = false;}
        ?public void run() {while (running) {// do something}}
        }

   • 有序性：代碼執(zhí)行順序與程序順序一致（防止指令重排序）。

     1. happens-before原則：定義了操作的先后順序。

     2. 內(nèi)存屏障：防止指令重排序。

3. Happens-Before原則 JMM定義的保證有序性的規(guī)則，若操作A happens-before 操作B，則A的結(jié)果對B可見。 常見規(guī)則：

   • 程序順序規(guī)則 ：在單線程中，代碼的執(zhí)行順序符合書寫順序。

   • volatile變量規(guī)則

   • 鎖規(guī)則（synchronized或Lock）

   • 線程啟動/終止規(guī)則

   • 傳遞性規(guī)則

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三、關鍵機制

1. volatile關鍵字

   • 保證變量的可見性：直接讀寫主內(nèi)存，禁止緩存。

   • 禁止指令重排序：通過插入內(nèi)存屏障（Memory Barrier）。

   • 示例：雙檢鎖單例模式中的volatile修飾實例對象。

2. synchronized與鎖

   • 通過監(jiān)視器鎖（Monitor）實現(xiàn)原子性和可見性。

   • 線程解鎖前必須將變量同步回主內(nèi)存。

3. final關鍵字

   • 構(gòu)造函數(shù)中對final域的寫入，與后續(xù)引用賦值操作不會被重排序。

   • 確保其他線程看到final變量時，其初始化已完成。

4. 并發(fā)工具類

   如CountDownLatch、CyclicBarrier等，用于更復雜的線程同步。

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四、常見問題與面試考點

1. volatile能否保證原子性？

   • 不能。volatile僅保證讀寫操作的原子性，但復合操作（如i++）仍需同步。

2. DCL（雙檢鎖）單例模式為什么要加volatile？

   • 防止指令重排序?qū)е缕渌€程獲取未初始化完成的對象。

3. synchronized和ReentrantLock的區(qū)別？

   • synchronized是JVM內(nèi)置鎖，自動釋放；ReentrantLock需手動加鎖/解鎖，支持公平鎖、條件變量。

4. 什么是內(nèi)存可見性問題？如何解決？

   • 線程A修改變量后未及時同步到主內(nèi)存，線程B讀取舊值。

   • 解決：volatile、synchronized、Lock。

5. 指令重排序的典型場景？

   • 單例模式初始化：new Object()可能被拆分為分配內(nèi)存、初始化對象、賦值引用三步，重排序后導致空指針。

6. 什么是“線程安全的發(fā)布”？

   • 對象在構(gòu)造完成后才能被其他線程訪問。

   • 方式：volatile、靜態(tài)初始化塊、final域、線程安全容器（如ConcurrentHashMap）。

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jJ五、代碼示例：內(nèi)存可見性問題

public class VisibilityDemo {// 不加volatile可能導致死循環(huán)private static volatile boolean flag = true;
?public static void main(String[] args) throws InterruptedException {new Thread(() -> {while (flag) {} // 線程可能讀取到舊的flag值System.out.println("Thread stopped.");}).start();
?Thread.sleep(1000);flag = false; // 主線程修改flag}
}

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六、面試總結(jié)

1. 必考知識點

   • volatile的作用與原理

   • synchronized的底層實現(xiàn)（Monitor、鎖升級）

   • Happens-Before原則的規(guī)則

   • 指令重排序與內(nèi)存屏障

2. 加分回答

   • 結(jié)合JMM分析ConcurrentHashMap的線程安全設計。

   • 對比JMM與物理內(nèi)存模型（CPU緩存、MESI協(xié)議）。

掌握JMM是寫出高并發(fā)代碼的基礎，也是大廠面試的必考領域！