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Java 内存模型与线程安全
1. Java 内存模型的概述
1.1 主内存与工作内存
1.2 可见性问题
1.3 volatile 关键字
2. 线程安全性
2.1 竞态条件
2.2 使用 synchronized 关键字
3. 实现线程安全的其他方法
3.1 显式锁 ReentrantLock
3.2 原子变量 AtomicInteger
总结与后续
在并发编程中，Java 内存模型（Java Memory Model, JMM） 是理解多线程行为和确保线程安全性的基础。Java 内存模型定义了变量在不同线程之间的可见性和操作规则。通过了解 Java 内存模型和线程安全性原则，开发者可以编写更加可靠和健壮的并发程序。本模块将详细介绍 Java 内存模型的工作原理、线程安全的概念以及实现线程安全的各种方法。
Java 内存模型描述了 Java 程序中变量的存储顺序和线程间的可见性，以及不同操作之间的关系。JMM 规定了如何在多核 CPU 上协调多个线程对共享数据的访问。
1.1 主内存与工作内存
在 Java 内存模型中，每个线程都有一个工作内存，主内存（也称为堆内存）中存储着所有变量的共享副本，而每个线程的工作内存则存储着这些共享变量的本地副本。当线程需要读取或写入变量时，必须首先从主内存中复制变量到工作内存中，然后再执行操作。
1.2 可见性问题
当一个线程更新了某个变量的值后，其他线程可能不会立即看到这个更新。JMM 保证通过某些同步机制使得一个线程对变量的更新对其他线程可见。这种机制称为可见性。
例如：
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在这个例子中， 变量的变化在不同线程之间可能不会立即同步，导致子线程无法停止。这种问题可以通过使用 关键字解决。
1.3 关键字
关键字用于确保变量的可见性，它告诉 JVM 对该变量的读写操作必须直接在主内存中进行，从而保证最新的值对所有线程可见。
示例：使用 解决可见性问题
通过将 声明为 ，可以确保所有线程都能看到对该变量的最新修改。
线程安全性 是指多个线程访问共享资源时，程序的行为依然正确。线程安全性问题通常发生在多个线程同时读写共享资源时，可能导致数据不一致和不可预期的行为。
2.1 竞态条件
竞态条件 是一种常见的线程安全问题，当多个线程竞争访问共享变量时，如果对共享变量的访问没有正确同步，可能会产生不一致的结果。
示例：竞态条件问题
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在这个例子中，两个线程并发地增加 ，由于对 的递增操作没有进行同步，可能会导致最终计数结果不正确。
2.2 使用 关键字
关键字是 Java 中最常用的实现线程安全的手段。它可以用来修饰方法或代码块，确保同一时间只有一个线程可以执行被同步的代码，从而避免竞态条件。
示例：使用 解决竞态条件问题
在这个例子中， 方法被 修饰，从而确保同一时间只有一个线程可以执行递增操作，避免了竞态条件。
3.1 显式锁
Java 提供了 类作为显式的锁机制，与 不同的是， 提供了更多的控制能力，例如尝试获取锁、可中断锁请求等。
示例：使用 实现线程安全
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在这个例子中， 确保对 的递增操作是线程安全的。
3.2 原子变量
Java 提供了一些原子类，例如 ，用于解决线程安全问题。这些类通过硬件级别的原子操作，保证线程安全且无需显式同步。
示例：使用 实现线程安全
在这个例子中， 提供了线程安全的递增操作，无需使用显式锁。
在本模块中，我们学习了 Java 内存模型的工作原理、可见性问题以及如何确保线程安全性。通过使用 、、 和原子变量等机制，开发者可以有效地避免竞态条件和数据不一致的问题。
在下一模块中，我们将深入探讨 Java 的流式编程（Streams），了解如何使用 Java Stream API 以声明式的方式操作集合，编写简洁而高效的数据处理代码。
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