一、相关大厂面试题

你知道什么是Java内存模型JMM吗？
JMM与volatile它们两个之间的关系？(下一章详细讲解)
JMM有哪些特性or它的三大特性是什么？
为什么要有JMM，它为什么出现？作用和功能是什么？
happens-before先行发生原则你有了解过吗？

二、计算机硬件存储体系

计算机存储结构，从本地磁盘到主存到CPU缓存，也就是从硬盘到内存，到CPU。
一般对应的程序的操作就是从数据库查数据到内存然后到CPU进行计算

因为有这么多级的缓存(cpu和物理主内存的速度不一致的)，CPU的运行并不是直接操作内存而是先把内存里边的数据读到缓存，而内存的读和写操作的时候就会造成不一致的问题

Java虚拟机规范中试图定义一种Java内存模型（java Memory Model，简称JMM) 来屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异，以实现让Java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果

三、Java内存模型Java Memory Model（理念）

3.1 概念

JMM(Java内存模型Java Memory Model，简称JMM)本身是一种抽象的概念并不真实存在它仅仅描述的是一组约定或规范，通过这组规范定义了程序中(尤其是多线程)各个变量的读写访问方式并决定一个线程对共享变量的写入何时以及如何变成对另一个线程可见，关键技术点都是围绕多线程的原子性、可见性和有序性展开的。

原则：JMM的关键技术点都是围绕多线程的原子性、可见性和有序性展开的，能够实现以下作用：

通过JMM来实现线程和主内存之间的抽象关系。
屏蔽各个硬件平台和操作系统的内存访问差异以实现让Java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果。

3.2 三大特性

3.2.1 可见性

可见性是指当一个线程修改了某一个共享变量的值，其他线程是否能够立即知道该变更，JMM规定了所有的变量都存储在主内存中

Java中普通的共享变量不保证可见性，因为数据修改被写入内存的时机是不确定的，多线程并发下很可能出现”脏读”，所以每个线程都有自己的工作内存，线程自己的工作内存中保存了该线程使用到的变量的主内存副本拷贝，线程对变量的所有操作（读取，赋值等）都必需在线程自己的工作内存中进行，而不能够直接读写主内存中的变量。不同线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量，线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成

ForExample：

主内存中有变量 x，初始值为 0 线程 A 要将 x 加 1，先将 x=0 拷贝到自己的私有内存中，然后更新 x 的值线程 A 将更新后的 x 值回刷到主内存的时间是不固定的刚好在线程 A 没有回刷 x 到主内存时，线程 B 同样从主内存中读取 x，此时为 0，和线程 A 一样的操作，最后期盼的 x=2 就会变成 x=1

3.2.2 原子性

原子性是指一个操作是不可中断的，即多线程环境下，操作不能被其他线程干扰

3.2.3 有序性

对于一个线程的执行代码而言，我们总是习惯性认为代码的执行总是从上到下，有序执行。
但为了提供性能，编译器和处理器通常会对指令序列进行重新排序。
指令重排可以保证串行语义一致，但没有义务保证多线程间的语义也一致，即可能产生”脏读”，简单说，
两行以上不相干的代码在执行的时候有可能先执行的不是第一条，不见得是从上到下顺序执行，执行顺序可能会被优化

单线程环境里面确保程序最终执行结果和代码顺序执行的结果一致。
处理器在进行重排序时必须要考虑指令之间的数据依赖性
多线程环境中线程交替执行,由于编译器优化重排的存在，两个线程中使用的变量能否保证一致性是无法确定的,结果无法预测
ForExample：

public void mySort(){
    int x = 11; //语句1
    int y = 12; //语句2
    x = x + 5;  //语句3
    y = x * x;  //语句4
}

问题：请问语句4可以重排后变成第一个条吗？
答案：不可以

3.3 多线程对变量的读写过程

3.3.1 读取过程

由于JVM运行程序的实体是线程，而每个线程创建时JVM都会为其创建一个工作内存(有些地方称为栈空间)，工作内存是每个线程的私有数据区域，而Java内存模型中规定所有变量都存储在主内存，主内存是共享内存区域，所有线程都可以访问，但线程对变量的操作(读取赋值等)必须在工作内存中进行，首先要将变量从主内存拷贝到的线程自己的工作内存空间，然后对变量进行操作，操作完成后再将变量写回主内存，不能直接操作主内存中的变量，各个线程中的工作内存中存储着主内存中的变量副本拷贝，因此不同的线程间无法访问对方的工作内存，线程间的通信(传值)必须通过主内存来完成，其简要访问过程如下图：

JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系

线程之间的共享变量存储在主内存中(从硬件角度来说就是内存条)
每个线程都有一个私有的本地工作内存，本地工作内存中存储了该线程用来读/写共享变量的副本(从硬件角度来说就是CPU的缓存，比如寄存器、L1、L2、L3缓存等)

3.3.2 小结

我们定义的所有共享变量都储存在物理主内存中
每个线程都有自己独立的工作内存，里面保存该线程使用到的变量的副本(主内存中该变量的一份拷贝)
线程对共享变量所有的操作都必须先在线程自己的工作内存中进行后写回主内存，不能直接从主内存中读写(不能越级)
不同线程之间也无法直接访问其他线程的工作内存中的变量，线程间变量值的传递需要通过主内存来进行(同级不能相互访问)

四、多线程先行发生原则之happens-before（原则）

在JMM中，如果一个操作执行的结果需要对另一个操作可见性或者代码重排序，那么这两个操作之间必须存在happens-before关系。

写后读问题：

x = 5
线程A执行
y = x
线程B执行

y是否等于5呢？
如果线程A的操作（x= 5）happens-before(先行发生)线程B的操作（y = x）,那么可以确定线程B执行后y = 5 一定成立;
如果他们不存在happens-before原则，那么y = 5 不一定成立。
这就是happens-before原则的威力，包含可见性和有序性的约束

JAVA内存模型之JMM