Java 内存模型（JMM）概述

Java 内存模型（JMM）精准地定义了 Java 虚拟机在多线程环境下对共享变量进行读写操作的规则。它通过对内存操作（诸如 read、write、lock、unlock 等）进行细致规范，有效解决了处理器缓存一致性的问题，从而确保不同线程能够准确无误地获取共享变量的最新值。

JMM 与并发三大特性

可见性

可见性指的是，当一个线程对共享变量进行修改时，另一个线程能够立即感知到这一变化。JMM 借助内存屏障，并遵循 Happens - Before 原则，为可见性提供了坚实保障。

原子性

原子性意味着一个操作具有不可中断的特性，它要么完整地执行成功，要么完全不执行。JMM 确保了基本的读写操作具备原子性；而对于更为复杂的原子性需求，则需要借助锁机制来实现。

有序性

有序性要求程序的执行顺序与代码的编写顺序保持一致。尽管 JMM 允许指令重排序，但它会严格保证在 Happens - Before 关系下的有序性。

volatile 关键字

底层原理

volatile 关键字通过插入内存屏障的方式，确保了可见性和有序性。当对一个 volatile 变量进行写操作时，JMM 会在写操作之后插入一个写屏障，将工作内存中对该变量的修改刷新到主内存；当读取一个 volatile 变量时，JMM 会在读操作之前插入一个读屏障，使工作内存中对应的变量失效，进而强制从主内存重新读取该变量的值。同时，volatile 关键字禁止了指令重排序。

应用场景

volatile 关键字适用于状态标记量（例如 boolean 类型的 flag）以及双重检查锁定（Double - Checked Locking）中的单例模式（此时需结合 final 关键字来保证有序性）。然而，它无法保证复合操作（如 i++）的原子性。

synchronized 关键字

底层原理

synchronized 作为 Java 语言层面的重要关键字，其底层基于 JVM 的管程（Monitor）机制构建。它能够全方位保障并发编程中的可见性、原子性和有序性。当线程尝试获取锁时，会将工作内存清空，随后从主内存中重新读取共享变量；而当线程释放锁时，又会把工作内存中对共享变量所做的修改刷新至主内存。此外，synchronized 具备排他性，在同一时刻，仅允许一个线程执行被其修饰的代码块或方法。JVM 为了优化锁的使用效率，会对 synchronized 进行锁升级操作，遵循从偏向锁到轻量级锁，再到重量级锁的升级路径。

应用场景

synchronized 适用于对共享资源进行互斥访问的场景，因其使用方式简单便捷而被广泛应用。然而，它也存在一定的局限性，锁粒度固定，且不支持中断操作，也无法设置超时机制。

ReentrantLock 类

底层原理

ReentrantLock 是
java.util.concurrent.locks 包下的一个类，它基于 AQS（
AbstractQueuedSynchronizer）框架实现。AQS 精心维护着一个先进先出（FIFO）的等待队列以及状态变量，通过 CAS（Compare - And - Swap）操作对状态进行修改，进而实现锁的获取与释放。相较于 synchronized，ReentrantLock 提供了更为强大的功能，比如支持可中断锁、可选择公平锁或非公平锁模式，还具备条件变量（Condition）机制。

应用场景

当需要对锁进行更细粒度的控制，或是希望以非阻塞的方式获取锁，亦或是需要定时尝试获取锁，又或者面临多条件等待的情况时，ReentrantLock 会是更优的选择。例如，在生产者 - 消费者模型中，当需要处理等待队列满或空的情况时，ReentrantLock 能够发挥出其独特的优势。