Java内存模型即Java Memory Model，简称JMM。JMM定义了Java虚拟机（JVM）在计算机内存（RAM）中的工作方式。JVM是整个计算机虚拟模型，所以JMM隶属于JVM。如果我们想要深入了解Java并发编程，就要先理解好Java内存模型。Java内存模型定义了多线程之间共享变量的可见性以及如何在需要的时候对共享变量进行同步。

两种并发模型

1.共享内存并发模型

在共享内存并发模型中，线程通过对共享对象的写-读来进行隐式通信。另外，在共享内存并发模型中，同步是显式进行的。程序员必须显式指定某个方法或某段代码需要在线程之间互斥执行。Java使用的就是这种并发模型。在写Java代码时，如果一个线程A想终止另外一个线程B，我们往往会设置一个标志对象在这两个线程之间共享。线程B在运行时不断的检测标志对象是否要停止，而线程A在想结束线程B时，可以将标志对象修改为表示终止的值。不过现在的Java分布式框架AKKA中，使用了Actor并发模型，使消息通信并发模型在Java中也有很好的实现。

2.消息通信并发模型

在消息通信并发模型中，通过发消息显式通信。而同步是隐式的，因为消息的发送必须在消息接收之前。GO语言的并发使用这种模型，称为CSP模型。GO语言中提供了管道的概念，线程A向管道发消息，线程B通过管道接收消息，由此实现线程之间的消息通信。

JMM

在JMM中，有线程本地内存和主内存组成。主内存中的变量，线程是没有办法直接修改的，线程所使用的变量都是从主存读取到自己的本地内存，在本地内存进行修改，之后在刷新回主存。

1.线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主存中去。

2.线程B到主存中去读取线程A之前更新过的内存变量。

通过描述，我们可以知道在没有任何保证措施的情况下，因为不是每次读取数据都会去主存取变量，也不是每次对变量的修改都会马上刷新回主存，一个线程可能看不到另一个线程对共享变量的修改。

指令重排

为了最大的发挥CPU的性能，JVM会对指令进行重排。

1.编译器优化的重排序。编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序。

2.指令级并行的重排序。现在处理器采用了指令级别并行技术来将多条执行重叠执行。如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序。

3.内存系统的重排序。由于处理器使用缓存和读/写缓存区，这使得加载和存储操作看上去可能是乱序在执行。

内存屏障

为了保证内存可见性，Java编译器在生成指令序列的适当位置会插入内存屏障指令来禁止特性类型的处理器重排序。JMM把内存屏障指令分成4类：

happens-before关系

在JMM中，如果一个操作执行的结果需要对另一个操作可见，那么这两个操作之间必须存在happens-before关系。与程序员密切相关的happens-before规则如下：

1.程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happens-before于该线程中的任意后续操作。

2.监视锁规则：对于一个锁的解锁，happens-before于随后对这个锁的加锁。

3.voliatile变量规则：对于一个volatile域的写，happens-before于任意后续对这个volatile域的读。

4.传递性：如果A happens-before B，且B happens-before C，那么A happens-before C。

volatile和synchronized

volatile主要有两个作用：

1.保证可见性

2.禁止指令重排

当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的工作内存中的共享变量值刷新到主内存中，当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的工作内存置为无效，那么该线程将只能从主内存中重新读取共享变量。volatile变量正是通过这种写-读方式实现对其他线程可见的。

volatile并不保证原子性，也就是说对volatile修饰的变量的复合操作并不具有原子性。比如，一个被volatile修改的变量x，x++并不具有原子性，在多线程的情况下，依然会出现不可预见的结果。

对于可见性的利用，在我们之前的例子中，线程A想通过共享变量的方式来终止线程B，那么这个共享变量就可以用volatile修饰。这样，线程A对变量的修改可以马上被线程B看到。利用禁止指令重排的一个典型例子是单例模式中的double check模式。

在上面的代码中，volatile所起的作用就是禁止指令重排。如果没有volatile修饰，那么可能出现这样的情况：线程A检测实例对象为空，然后进行初始化。类的构造主要分成三步，第一，分配实例所需要的内存；第二，对类进行初始化；第三，返回类的内存地址。这三步是有可能被重排的，先执行第一步，再执行第三步，最后执行第二步。所以当一个new操作返回时，可能这个类还没有被初始化。线程B在线程A new操作返回之后去检测实例对象，此时实例对象不为空，B就直接使用这个对象了，但是这个对象很可能是没有初始化完成的。加入了volatile之后，这种重排序就被禁止了，只要B拿到不为空的对象，那么一定就是已经初始化的了。

synchronized被成为重量级锁，不过现在因为有“锁降级”，它已经不那么重量级了。

1.对于普通同步方法，锁是当前的实例对象。

2.对于静态方法，锁是当前类的Class对象。

3.对于同步方法块，锁是synchronized括号里配置的对象。

参考：《Java并发编程艺术》