深入理解Java一致性模型（Java内存模型与并发编程实战指南）

每个线程都有自己的“工作内存”（可以理解为CPU缓存），而所有线程共享“主内存”。当线程读取变量时，会先从主内存复制到工作内存；修改后再写回主内存。如果没有同步机制，一个线程的修改可能对其他线程不可见——这就是一致性问题的根源。

happens-before原则：理解顺序的关键

Java内存模型通过happens-before规则来定义操作之间的可见性顺序。如果操作A happens-before 操作B，那么A的结果对B是可见的。

常见的happens-before规则包括：

• 程序顺序规则：同一个线程内，前面的操作 happens-before 后面的操作。
• 监视器锁规则：对一个锁的解锁 happens-before 后续对这个锁的加锁。
• volatile变量规则：对volatile变量的写 happens-before 后续对该变量的读。
• 线程启动规则：Thread.start() happens-before 线程中的任何操作。

代码示例：没有同步的问题

下面是一个典型的线程安全问题示例：

public class UnsafeExample {    private static boolean flag = false;    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        Thread writer = new Thread(() -> {            try {                Thread.sleep(1000);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }            flag = true; // 写操作            System.out.println("Writer set flag to true");        });        Thread reader = new Thread(() -> {            while (!flag) { // 读操作                // 忙等待            }            System.out.println("Reader detected flag is true");        });        reader.start();        writer.start();        writer.join();        reader.join();    }}

你可能会期望程序在1秒后打印两行信息并结束。但实际运行时，reader线程可能永远看不到flag变为true！因为writer线程对flag的修改没有同步到主内存，或者reader线程一直使用自己工作内存中的旧值。

解决方案：使用volatile保证可见性

只需将flag声明为volatile，即可解决上述问题：

private static volatile boolean flag = false;

加上volatile后，每次读取flag都会从主内存获取最新值，每次写入也会立即刷新到主内存。这正是Java线程安全编程的重要手段之一。

其他保证一致性的方法

除了volatile，还有多种方式可实现线程安全：

• synchronized关键字：通过加锁确保临界区代码的原子性和可见性。
• java.util.concurrent包：如AtomicInteger、ReentrantLock等高级工具。
• final字段：一旦初始化完成，对其他线程立即可见。

总结

掌握Java内存模型是编写正确并发程序的基础。通过理解happens-before规则、合理使用volatile、synchronized等机制，你可以有效避免多线程环境下的数据不一致问题。记住：Java并发编程不是魔法，而是建立在清晰的内存模型之上的工程实践。

希望这篇教程能帮你迈出Java多线程编程的第一步！如果你觉得有用，不妨动手运行文中的代码，亲自体验一致性模型的力量。