深入理解 Java 内存模型（JMM）
一、JMM有什么作用
在 Java 并发编程中，我们常遇到这样的现象：
- 一个线程修改了变量，另一个线程却看不到更新；
- 没有加锁的操作，偶尔出现诡异的结果；
- 加了
volatile之后，程序行为突然正常了；- 你以为的“顺序执行”，在 CPU 和编译器眼里可能早已面目全非。
这些现象的背后，都与 Java 内存模型（Java Memory Model, JMM） 密切相关。
JMM 不是“内存结构图”，也不是“JVM 堆栈划分”，而是一套规范 —— 它定义了：
- 多线程环境下，线程如何以及何时可以看到其他线程对共享变量的修改
- 哪些操作是原子的、有序的、可见的
- 编译器和处理器可以对指令做哪些优化，又在什么条件下必须禁止优化
二、JMM 的抽象结构：主内存与工作内存
JMM 定义了一个抽象的内存模型，屏蔽了底层硬件和操作系统的差异。它将内存划分为：
主内存：所有线程共享，存储所有的变量（实例字段、静态字段、数组元素等）
工作内存：每个线程私有，保存该线程使用到的变量的副本
注意：
“主内存” ≠ 物理内存，“工作内存” ≠ CPU 寄存器或高速缓存 —— 它是逻辑概念，是对硬件内存层次结构的抽象。
变量读写流程
线程A：
1. 从主内存读取变量 x → 复制到工作内存
2. 在工作内存中修改 x
3. 将 x 的新值写回主内存 线程
B：
1. 从主内存读取变量 x → 复制到工作内存
2. 使用 x 的值（可能仍是旧值！）
如果线程A修改了 x，但还没写回主内存，线程B就读取 x —— 它看到的就是“过期数据”。这就是可见性问题。
三、JMM 的三大核心特性
1. 原子性
指一个操作是“不可分割”的 —— 要么全部执行，要么全部不执行。
天然原子操作：
基本数据类型的读写
引用类型的读写
非原子操作：
i++（包含读、改、写三步）
long/double 的非 volatile 读写（32位平台）
解决方案：使用
AtomicInteger、synchronized、Lock等保证复合操作的原子性。
2. 可见性
指当一个线程修改了共享变量的值，其他线程能够立即“看到”这个修改。
普通变量：无可见性保证
线程A修改变量 → 写回主内存的时间不确定 → 线程B可能一直读工作内存中的旧值
如何保证可见性？
| 方式 | 原理 |
|---|---|
volatile 变量 | 写操作立即刷回主内存，读操作强制从主内存加载 |
synchronized | 释放锁前将工作内存变量刷回主内存，获取锁后清空工作内存缓存 |
final 字段 | 构造函数内正确初始化后，对其他线程可见（禁止重排序） |
java.util.concurrent 中的类 | 内部使用 volatile / CAS / 锁保证可见性 |
volatile 不保证原子性！
3. 有序性
指程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。
但是编译器和处理器为了优化性能，会进行指令重排序：
int a = 1; // 语句1
int b = 2; // 语句2
int c = a + b; // 语句3编译器可能重排为：语句2 → 语句1 → 语句3（不影响单线程结果）
但在多线程环境下，重排序可能导致意外：
// 线程1
context = loadContext(); // ①
inited = true; // ② （inited 是 volatile）// 线程2
while (!inited) { } // ③
doSomething(context); // ④ —— 可能拿到 null！如果 ① 和 ② 被重排序，线程2可能看到 inited=true，但 context 还未初始化！
解决方案：volatile、synchronized、final 等可禁止特定重排序。
四、happens-before 原则
JMM 使用 happens-before（先行发生） 关系来定义操作之间的可见性和有序性。
如果操作 A happens-before 操作 B，那么 A 的结果对 B 可见，且 A 的执行顺序在 B 之前。
JMM 定义的天然 happens-before 规则：
- 程序顺序规则：同一个线程内，前面的操作 happens-before 后面的操作
- 监视器锁规则：解锁操作 happens-before 后续的加锁操作（同一个锁）
- volatile 变量规则：对 volatile 变量的写操作 happens-before 后续的读操作
- 线程启动规则：
Thread.start()happens-before 该线程的任何操作 - 线程终止规则：线程中的所有操作 happens-before 其他线程检测到它终止（如
join()返回） - 线程中断规则：
interrupt()happens-before 被中断线程检测到中断（如抛出InterruptedException） - 对象终结规则：对象构造函数结束 happens-before
finalize()开始 - 传递性：如果 A happens-before B，B happens-before C，则 A happens-before C
五、内存屏障（Memory Barrier）
内存屏障是 CPU 指令，用于控制特定条件下的重排序和内存可见性。
JMM 在底层通过插入内存屏障实现 volatile、synchronized 等语义：
| 屏障类型 | 作用 |
|---|---|
| LoadLoad | 禁止上面的读与下面的读/写重排序 |
| StoreStore | 禁止上面的写与下面的写重排序 |
| LoadStore | 禁止上面的读与下面的写重排序 |
| StoreLoad | 最强屏障，禁止上面的写与下面的读/写重排序（开销最大） |
volatile 写操作后插入 StoreStore + StoreLoad
volatile 读操作前插入 LoadLoad + LoadStore