導入

Java メモリ モデル (JMM) は、Java での同時プログラミングの基本的ですが誤解されがちな側面です。 Java 5 で導入された JMM は、スレッドがメモリと対話する方法を定義し、マルチスレッド プログラムの一貫性と予測可能性を確保します。この記事では、JMM を深く掘り下げ、その主要な概念を探り、JMM が Java アプリケーションの同時開発にどのような影響を与えるかを調べます。

JMM の基本概念

1.可視性

可視性は、あるスレッドによって行われた変更が他のスレッドにも確実に見えるかどうかに関係します。適切なメカニズムがないと、コンパイラや CPU の最適化により、スレッドはその変更を他のスレッドから無期限に隠すことができます。

2.スケジュール

スケジューリングとは、命令が実行される順序を指します。 JMM はパフォーマンス上の理由から特定の並べ替えを許可しますが、プログラムのセマンティクスを維持するために特定の順序も保証します。

3.原子性

アトミック性により、他のスレッドから干渉される可能性がなく、分割できない単一のステップで操作が実行されることが保証されます。

JMM の主要なメカニズム

1.関係の前に起こる

これがJMMの基礎です。アクション A がアクション B の「前に発生」した場合、A の効果は B に確実に表示されます。この関係は推移的であり、Java の同期の基礎を形成します。

2.揮発性

volatile キーワードにより、スレッド間で変更が確実に表示されます。揮発性変数の読み取りでは、その変数に対して実行された最後の書き込みが常に参照されます。

3.同期

synchronized ブロックとメソッドは、同じモニターを取得および解放するスレッド間の発生前関係を確立します。

4.ファイナル

適切に初期化された final フィールドは、追加の同期なしですべてのスレッドに表示されることが保証されます。

実際的な意味

1.二重チェックされたロック

二重チェックされたロック パターンは、可視性の問題により、Java 5 より前では壊れていました。 JMM はこの問題を修正し、volatile.
で正しく使用できるようにしました。

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.オブジェクトの公開

部分的な可視性の問題を回避するには、オブジェクトを安全に公開することが重要です。 JMM は、オブジェクトが正しく公開された場合 (たとえば、揮発性フィールドまたはスレッドセーフ クラス経由)、そのフィールドがすべて表示されることを保証します。

3.命令の再構成

JMM では、開発者を驚かせる可能性のある特定の再編成が可能です。
例えば：

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

次のように並べ替えることができます:

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

これらの命令が適切なタイミング バリアで囲まれていない限り。

結論

Java メモリ モデルは、Java での同時プログラミングの重要な側面です。複雑ではありますが、正しく効率的な同時実行コードを作成するには、これを理解することが不可欠です。可視性、スケジューリング、アトミック性の概念と、事前発生、揮発性、同期などのメカニズムを習得することで、開発者は堅牢で効率的なマルチスレッド アプリケーションを作成できます。
ただし、JMM を十分に理解したとしても、同時プログラミングは依然として課題であることに注意することが重要です。 java.util.concurrent パッケージで提供されるような高レベルの抽象化を使用すると、多くの場合、JMM 保証を活用しながら開発を簡素化できます。