مقدمة

يعد نموذج ذاكرة Java (JMM) جانبًا أساسيًا ولكن غالبًا ما يُساء فهمه في البرمجة المتزامنة في Java. تم تقديم JMM مع Java 5، وهو يحدد كيفية تفاعل الخيوط مع الذاكرة، مما يضمن الاتساق والقدرة على التنبؤ في البرامج متعددة الخيوط. في هذه المقالة، سنتعمق في JMM، ونستكشف مفاهيمها الأساسية، ونفحص كيفية تأثيرها على تطوير تطبيقات Java المتزامنة.

مفاهيم JMM الأساسية

1. الرؤية

تتعلق الرؤية بضمان أن يكون التغيير الذي تم إجراؤه بواسطة سلسلة رسائل واحدة مرئيًا لسلاسل الرسائل الأخرى. بدون الآليات المناسبة، يمكن للخيط إخفاء تغييراته من سلاسل الرسائل الأخرى إلى أجل غير مسمى بسبب تحسينات المترجم أو وحدة المعالجة المركزية.

2. الجدولة

تشير الجدولة إلى الترتيب الذي يتم به تنفيذ التعليمات. تسمح JMM ببعض عمليات إعادة الترتيب لأسباب تتعلق بالأداء، ولكنها تضمن أيضًا أوامر معينة للحفاظ على دلالات البرنامج.

3. الذرية

تضمن Atomicity أن يتم تنفيذ العملية في خطوة واحدة غير قابلة للتجزئة، دون تدخل محتمل من المواضيع الأخرى.

الآليات الرئيسية لـ JMM

1. يحدث قبل العلاقة

هذا هو أساس JMM. إذا حدث الإجراء "أ" قبل" الإجراء "ب"، فسيتم ضمان ظهور تأثيرات "أ" لـ "ب". هذه العلاقة متعدية وتشكل أساس المزامنة في Java.

2. متقلب

تضمن الكلمة الأساسية المتغيرة أن تكون التغييرات مرئية بين سلاسل الرسائل. إن قراءة المتغير المتطاير ستشاهد دائمًا آخر عملية كتابة تم إجراؤها على هذا المتغير.

3. متزامن

تعمل الكتل والأساليب المتزامنة على إنشاء علاقات قبل العلاقات بين سلاسل الرسائل التي تحصل على نفس الشاشة وتحررها.

4. أخير

الحقول النهائية التي تمت تهيئتها بشكل صحيح مضمونة لتكون مرئية لجميع سلاسل الرسائل دون مزامنة إضافية.

الآثار العملية

1. قفل مزدوج التحقق

تم كسر نمط القفل المزدوج قبل Java 5 بسبب مشاكل في الرؤية. قامت JMM بإصلاح هذه المشكلة، مما سمح باستخدامها الصحيح مع volatile.

class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

2. نشر الكائنات

يعد النشر الآمن للكائنات أمرًا ضروريًا لتجنب مشكلات الرؤية الجزئية. تضمن JMM أنه إذا تم نشر كائن بشكل صحيح (على سبيل المثال، عبر حقل متطاير أو فئة آمنة لمؤشر الترابط)، فستكون جميع حقوله مرئية.

3. إعادة تنظيم التعليمات

تسمح JMM ببعض عمليات إعادة التنظيم التي قد تفاجئ المطورين.
على سبيل المثال:

int a, b;
a = 1;
b = 2;

يمكن إعادة ترتيبها إلى:

int a, b;
b = 2;
a = 1;

ما لم تكن هذه التعليمات محاطة بالعوائق الزمنية المناسبة.

خاتمة

يعد نموذج ذاكرة Java جانبًا مهمًا للبرمجة المتزامنة في Java. على الرغم من تعقيده، إلا أن فهمه ضروري لكتابة تعليمات برمجية متزامنة صحيحة وفعالة. من خلال إتقان مفاهيم الرؤية، والجدولة، والذرية، بالإضافة إلى آليات مثل ما يحدث من قبل، والمتقلب، والمزامنة، يمكن للمطورين إنشاء تطبيقات متعددة الخيوط قوية وفعالة.
ومع ذلك، من المهم ملاحظة أنه حتى مع الفهم الجيد لـ JMM، تظل البرمجة المتزامنة تحديًا. يمكن أن يؤدي استخدام التجريدات عالية المستوى مثل تلك التي توفرها الحزمة java.util.concurrent في كثير من الأحيان إلى تبسيط عملية التطوير مع الاستمرار في الاستفادة من ضمانات JMM.