前言
????????在JVM中，堆的內存分配過程涉及到線程安全性的保障，具體來說涉及到對象的內存分配時，并不是簡單的搶占式分配，而是通過一些機制來保證線程安全和高效的內存管理。下面解釋一下JVM是如何設計來保證線程安全的：
內存分配的線程安全性保障
-
線程私有分配緩沖區（Thread Local Allocation Buffer, TLAB）
JVM在Java堆中為每個線程分配了一個私有的內存分配緩沖區（TLAB），用于對象的快速分配。TLAB的作用包括：
- 減少線程之間的競爭：每個線程都有自己的TLAB，避免了多線程之間的競爭，提高了分配效率。
- 延遲同步：線程在TLAB中分配對象時，不需要加鎖，只有當TLAB空間不足時才需要進行同步操作。
-
線程安全的內存分配指針
JVM為每個線程維護了一個線程本地的內存分配指針（Allocation Pointer），用于標記下一個可以分配對象的位置。每次分配對象時，線程會使用這個指針來確定在TLAB中的分配位置，從而保證了線程安全性。
對象的初始化和安全發布
在Java中，對象的初始化和安全發布也是保證線程安全的關鍵點：
-
構造方法：JVM保證了在對象的構造方法執行完畢之前，對象的引用不會被其他線程可見。這是通過內存屏障（Memory Barrier）和特定的指令順序來實現的。
-
volatile關鍵字：在多線程環境下，使用
volatile關鍵字修飾的變量可以保證可見性，即一個線程修改了volatile變量的值，其他線程可以立即看到最新的值。 -
final關鍵字：使用
final關鍵字修飾的變量或對象引用，其初始化過程具有一定的保證，可以避免對象的不安全發布。
內存屏障（Memory Barrier）
JVM在進行內存操作時，會使用內存屏障（Memory Barrier，或稱內存柵欄）來保證指令重排序的正確性和可見性。內存屏障包括：
-
寫屏障（Store Barrier）：確保在寫入操作完成之前，不會將后續的寫入操作重排序到寫入操作之前。
-
讀屏障（Load Barrier）：確保在讀取操作完成之后，不會將前面的讀取操作重排序到讀取操作之后。
這些屏障可以保證線程在執行操作時，能夠看到正確的內存狀態，從而保證了線程之間操作的可見性和有序性，進而保證了對象的安全發布和線程安全。
示例代碼解釋
下面是一個簡單的示例，展示了對象的初始化和安全發布的過程：
public class SafeInitializationExample {// 可見性保證，使用volatile關鍵字private volatile static SafeInitializationExample instance;private SafeInitializationExample() {// 構造方法}public static SafeInitializationExample getInstance() {// 使用雙重檢查鎖定（Double-Checked Locking）來實現線程安全的單例模式if (instance == null) { // 第一次檢查synchronized (SafeInitializationExample.class) {if (instance == null) { // 第二次檢查instance = new SafeInitializationExample(); // 創建對象}}}return instance;}public static void main(String[] args) {// 創建多個線程同時獲取單例對象Runnable task = () -> {SafeInitializationExample obj = SafeInitializationExample.getInstance();System.out.println("Instance hash code: " + obj.hashCode());};// 啟動多個線程for (int i = 0; i < 5; i++) {new Thread(task).start();}}
}
示例代碼說明
-
volatile關鍵字：在示例中，
instance變量被聲明為volatile，這樣可以確保多線程環境下，對instance的寫操作對其他線程立即可見。這是保證對象安全發布的關鍵之一。 -
雙重檢查鎖定（Double-Checked Locking）：
getInstance()方法使用雙重檢查鎖定來實現延遲初始化單例對象。這種方式既保證了線程安全，又避免了每次調用都加鎖的性能開銷。 -
對象的初始化：在
getInstance()方法中，當instance為null時，通過synchronized關鍵字確保只有一個線程進入臨界區創建對象，避免多線程同時創建多個實例的問題。 -
多線程測試：在
main方法中，創建多個線程同時調用getInstance()方法獲取單例對象，通過打印對象的哈希碼可以驗證單例對象的唯一性和正確性。
運行結果分析
????????當運行示例代碼時，你會看到多個線程同時訪問getInstance()方法，但只會創建一個SafeInitializationExample的實例對象，并且這個實例對象是唯一的。這樣的設計保證了在多線程環境下，對象的安全初始化和安全發布。
總結
????????JVM通過使用線程私有的內存分配緩沖區（TLAB）、內存屏障和特定的對象初始化機制，來保證對象的安全創建、初始化和發布。這些機制有效地避免了多線程環境下的競爭條件和數據不一致問題，保證了Java程序在并發情況下的穩定性和正確性。
????? ?? ?? ?? 好書推薦
《Java項目開發全程實錄》（第4版）
【內容簡介】
? ? ? ? 《Java項目開發全程實錄（第4版）》以企業QQ、藍宇快遞打印系統、開發計劃管理系統、酒店管理系統、圖書館管理系統、學生成績管理系統、進銷存管理系統、神奇Book—圖書商城、企業門戶網站、棋牌游戲系統之網絡五子棋10個實際項目開發程序為案例，從軟件工程的角度出發，按照項目的開發順序，系統、全面地介紹了J2SE和J2EE項目的開發流程。從開發背景、需求分析、系統功能分析、數據庫分析、數據庫建模、網站開發和網站發布或者程序打包與運行方面進行講解，每一過程都進行了詳細的介紹。
📚 京東購買鏈接：《Java項目開發全程實錄》
