摘要：內(nèi)存模型對內(nèi)存模型的介紹對內(nèi)存模型的結(jié)構(gòu)圖的線程之間的通信是通過共享內(nèi)存的方式進行隱式通信，即線程把某狀態(tài)寫入主內(nèi)存中的共享變量，線程讀取的值，這樣就完成了通信。

java的線程之間的通信是通過“共享內(nèi)存”的方式進行隱式通信，即線程A把某狀態(tài)寫入主內(nèi)存中的共享變量X，線程B讀取X的值，這樣就完成了通信。是一種隱式的通信方式。

一個線程的模型可以類比現(xiàn)在的CPU，一個CPU會具備高速緩存，來緩解CPU速度和內(nèi)存IO速度的巨大差距，線程也是類似的，一個線程擁有其本地內(nèi)存，相當于是用來緩存主內(nèi)存中的值的。

也就是說，線程并不直接與主內(nèi)存通信，而是線程先把主內(nèi)存中的共享變量備份到私有的本地內(nèi)存中，線程是使用本地內(nèi)存中的值。

虛擬機，甚至硬件本身的優(yōu)化措施，會優(yōu)先將本地內(nèi)存存儲在寄存器和高速緩存。

java的最大賣點是“一次編寫，到處運行”，為了實現(xiàn)讓java在各種平臺上都能有一致的內(nèi)存訪問效果，java虛擬機規(guī)范必須定義一種Java內(nèi)存模型來屏蔽各種硬件和操作系統(tǒng)的內(nèi)存訪問差異。

java內(nèi)存模型是圍繞著如何處理原子性，可見性，有序性來建立的。

原子性：原子性指多個操作的組合要么一起執(zhí)行完，要么全部不執(zhí)行，這個很好理解，一個線程在執(zhí)行一組操作的中途，不能被另一個線程插一腳，不然會造成數(shù)據(jù)錯誤，最經(jīng)典就是 a++;操作，++ 操作符不是原子的，所以需要使用同步工具保證其原子性。

可見性：根據(jù)java內(nèi)存模型的結(jié)構(gòu)，各個線程都會從主內(nèi)存?zhèn)浞菀粋€變量的工作內(nèi)存放在自己的工作內(nèi)存作為緩存，可以提高效率，這樣就造成了可見性問題，即一個線程修改了一個數(shù)據(jù)，如果一沒有立即同步回主內(nèi)存，二沒有讓其他使用這個數(shù)據(jù)的線程及時從主內(nèi)存同步，則其他線程的數(shù)據(jù)是錯誤的。

有序性：編譯器和處理器為了獲得更高的效率，會對指令進行重排序，實際生成的字節(jié)碼指令順序或者處理器指令順序并非是程序源代碼中的順序，這個在單線程的情況下問題不大，因為編譯器和處理器會保證結(jié)果正確，但是多線程的環(huán)境下，因為線程之間很多時候需要協(xié)調(diào)，如果指令進行重排，會影響協(xié)調(diào)結(jié)果錯亂，可以從一個經(jīng)典的例子來說明，代碼如下：

假設(shè)有兩個線程A，B ，A線程先執(zhí)行write方法，接下來B線程執(zhí)行read()方法，write方法中的兩個操作，并沒有必要的順序關(guān)系，在實際執(zhí)行中，編譯器或者處理器有權(quán)利進行重排序，先對flag賦值，然后對a賦值，巧了，B線程對flag的讀取正好在A線程兩個操作的中間，即B線程讀取到了flag為true,但是a卻還是0，造成了數(shù)據(jù)的錯誤。。
因此，JMM必須提供了一種機制來禁止類似的重排序，詳見volatile的內(nèi)存語義，其提供了對有序性的保證。

    class OrderExample{
      int a =0 ;
      boolean flag = false;
      public void write(){
        a = 1;
        flag = true;
      }
    
      public void read(){
        if(flag){
          int i = a + 1;
        }
      }
    }

我們可以把JMM看做是程序員和平臺的中間人。程序員和平臺需要談判卻==不直接交流==，而是通過JMM來傳話。
先看雙方的需要：

程序員的需求：程序員希望內(nèi)存模型簡單易懂，符合人類的直覺，所以渴望一個強內(nèi)存模型

編譯器和處理器的需要：編譯器，處理器希望內(nèi)存模型對自己的束縛越小越好，這樣就可以做更多的優(yōu)化來提高執(zhí)行速度，編譯器，處理器渴望弱內(nèi)存模型。

所以JMM有兩個設(shè)計需求，1.為程序員提供可見性保證，2.盡可能放松對編譯器，處理器的限制。

所謂談判，是一個妥協(xié)的過程，JMM給了程序員一些“先行發(fā)生原則happens-before”的保證，程序員的代碼中的操作之間關(guān)系只要符合這些規(guī)則，那么平臺不會隨意對這些操作重排序，程序員根據(jù)這個保證，可以使編程更加容易和健壯，更符合人類的直覺。同時，JMM也放寬了對平臺的限制，只要能保證那些“happens-before規(guī)則”，平臺可以對操作進行重排序。

定義了一個變量如何從主內(nèi)存中拷貝到工作內(nèi)存（本地內(nèi)存），如何從工作內(nèi)存同步回主內(nèi)存的實現(xiàn)細節(jié)。
JMM中定義了8中操作來完成以上工作，每種操作都是原子的，不可再分的（double,long類型的變量，load,store,read，write操作在某些平臺上允許有例外）

這些操作需要必須遵循的規(guī)定：

JMM規(guī)定read-load,store-write兩對操作必須順序執(zhí)行，而且必須成對出現(xiàn)，但是不規(guī)定連續(xù)執(zhí)行，

工作內(nèi)存有狀態(tài)的改變必須同步會主內(nèi)存

不允許沒有發(fā)生過任何assign的情況下把數(shù)據(jù)同步回主內(nèi)存

一個新的變量只能在主內(nèi)存中誕生，即use和store之前必須有對該變量的assign,load

一個變量在同一時刻只允許一個線程對其執(zhí)行l(wèi)ock操作，但是允許該線程多次執(zhí)行l(wèi)ock操作，對應(yīng)的，unlock也必須執(zhí)行相同的次數(shù)才能解鎖。可重入鎖

對一個變量執(zhí)行l(wèi)ock操作，必須清空工作內(nèi)存中此變量的值，在執(zhí)行引擎使用該變量之前，重新執(zhí)行l(wèi)oad或assign。 synchronized也具備內(nèi)存可見性

如果一個變量事先未被Lock鎖定，那么不允許對其unlock操作，也不能unlock一個被其他線程鎖定的變量。

對一個變量unlock操作之前，必須把此變量同步會主內(nèi)存。也可服務(wù)于synchronized的可見性

原子性的實現(xiàn),原子性指不可分割的操作

JMM使用read,load,assign,use,store,write來訪問基本數(shù)據(jù)，這些操作都是原子的，所以基本可以認為JMM對基本數(shù)據(jù)類型的訪問是原子的

對于更大范圍的原子性保證，JMM提供了lock和unlock來滿足這種需求，lock和unlock并未直接提供給用戶使用，但是可以通過更高級的字節(jié)碼指令，monitorenter,monitorexit來隱式使用。JVM基于進入和退出Monitor對象來實現(xiàn)方法同步和代碼塊同步，具體的使用可以看synchronized原語的實現(xiàn)。

可見性：當一個線程修改了共享變量的值，對其他線程立即可見。

volatile變量提供的可見性：普通變量和volatile變量都是通過主內(nèi)存作為線程間分享數(shù)據(jù)的渠道，不同的是，volatile變量能及時同步到主內(nèi)存并且其他線程工作內(nèi)存中該變量的值立即失效，需要重新從主內(nèi)存中加載，普通變量不保證。

synchronized提供的可見性：實現(xiàn)方式和volatile有所不同，"八大規(guī)定"中說，unlock操作之前，必須先把變量同步到主內(nèi)存中，而lock之前，必須清空工作內(nèi)存中的值，重新從主內(nèi)存中加載。這兩條保證了synchronized具備內(nèi)存可見性。

final提供的內(nèi)存可見性：final的重排序規(guī)則明確了，只要正確構(gòu)造一個對象，那么當線程獲得這個對象的時候，其final域已經(jīng)正確完成初始化，對其他線程可見。

有序性：針對指令重排，java提供了volatile和synchronized，但是實現(xiàn)方式是不同的

volatile本身禁止指令重排序，

synchronized像是把多線程的環(huán)境變?yōu)榱藛尉€程的環(huán)境，并行變串行，指令重排必須保證串行語義的一致性。

happens-before服務(wù)于三大原則中的有序性，Java程序中天然的（未使用volatile或者synchronized）有序性可以總結(jié)為一句話：

如果在本線程觀察，所有操作都是有序的，如果在另一個線程中觀察，所有操作都是無序的。

試想一下，如果編碼過程中所有的操作都要使用volatile或者synchronized來保證有序性，那么將是多大的負擔，程序的復雜性也會極大上升。所以java中提供了一些天然的先行發(fā)生原則，是指那些無需任何同步手段就天然具備順序性的先行發(fā)生原則。是8個內(nèi)存操作的規(guī)則的另一種表達。

程序次序規(guī)則：在一個線程內(nèi)，按照控制流，前面的操作先于后面的操作，對后續(xù)操作可見。as-if-serial語義。

管程鎖定規(guī)則：一個unlock操作必須先行發(fā)生于同一個鎖的lock操作

volatile變量規(guī)則：對volatile的寫操作必須happens-before后續(xù)對該變量的讀操作。

線程啟動規(guī)則：start()方法happens-before該線程的其他所有動作

線程終止規(guī)則：線程中所有的操作happens-before該線程的終止檢測，如isAlive()方法。

線程中斷規(guī)則：interrupt()方法happens-before對線程中斷的檢測

對象終結(jié)規(guī)則：一個對象初始化完成happens-before其finilize()方法的開始

傳遞性，A hannens-before B,B happens-before C,則A happens-before C.

如果兩個操作的關(guān)系無法從上述規(guī)則中推倒出來，則虛擬機可以對它們隨意重排序。衡量并發(fā)安全問題，應(yīng)該以先行發(fā)生原則為準。