1、 JMM是什么

1.1 JMM简介

JMM：Java Memory Model，简称JMM，它是一种抽象的概念，并不真实存在。它描述了一组规范或者规则，通过这组规范定义了程序中各个变量（包括实例字段、静态字段和构成数组对象的元素等）的访问方式。
JMM规定了所有变量都存储在主内存（Main Memory）中。每个线程还有自己的工作内存（Working Memory），线程的工作内存中保存了该线程使用到的变量的主内存的副本考本，线程对变量的所有操作（读取、赋值等）都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存中的变量。不同的线程之间无法直接访问对方工作内存中的变量，线程之间值的传递都需要通过主内存来完成。

1.2 主内存和工作内存（或称本地内存）

前面我们提到，JMM从抽象的角度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（Main memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（Local memory），或者说工作内存（Working memory）。本地内存中存储量该线程的用以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念，它并不真实存在。
按照我的理解，JMM中的主内存和工作内存，有点类似于JVM中线程共享和线程私有的部分：

JMM中主内存属于共享数据区，类似于包含着JVM中堆和方法区；所有线程创建的实例对象都存放在主内存中，不管该实例对象是成员变量还是方法中的局部变量，当然也包括共享的类信息、常量、静态变量。由于是共享数据去，多条线程同时对一个变量进行访问，存在线程安全问题。
JMM中工作内存属于线程私有的，类似于包含着JVM中的程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈；它存放线程私有的数据，比如当前方法的所有本地变量信息（工作内存中存储着主内存中的变量副本拷贝），每个线程只能访问自己的工作内存，对其他线程时不可见的。就算两个线程执行的是同一段代码，他们也会各自在自己的工作内存中创建属于当前线程的本地变了。当然也包括了字节码行号指示器、相关Native方法信息等。注意，由于工作内存是每个线程的私有数据，线程之间无法相互访问工作内存，因此存储在工作内存的数据不存在线程安全问题。

主内存中的实例对象可以被多个线程共享，如果两个线程同时调用了同一个对象的同一个方法，那么两条线程需要将要操作的数据，考本一份到自己的工作内存中，执行完操作后，才刷新到主内存。
根据JVM虚拟机规范，主内存与工作内存的数据存储类型及操作方式：

对于一个实例对象中的成员方法来说，如果方法中包含的局部变量时基本数据类型，那么将直接存储在工作内存的栈帧结构中；
如果局部变量时引用数据类型，那么该局部变量的引用会存储在工作内存的栈帧中，而对象实例将存储在主内存（也即共享数据区域，堆）中；
对于实例对象的成员变量，不管他事基本数据类型、基本数据类型的包装类还是引用数据类型，都会被存储到堆中；
static变量及类本身相关信息将会被存储在主内存中。

图示：

如图所示，线程A和B的工作内存中都有主内存中共享变量x的副本。如果线程A在执行时，更改了x的值为2，此时更改后的x值还是在线程A自己的工作内存中。如果线程A和线程B需要通信，线程A首先会把自己工作内存中修改后的x值刷新到主内存中，此时主内存x的值变为了2，随后，线程B从主内存中读取线程A更新后的A值，线程B中的x的值也变为了2。
也就是说，线程之间的通信过程必须要经过主内存。

1.3 JMM关于同步的规定

线程解锁前，必须把共享变量的值刷新回主内存；
线程加锁前，必须读取主内存的最新值道自己的工作内存；
加锁解锁必须是同一把锁。

1.4 再次理解线程间的安全问题

我们知道，多个线程操作同一个共享变量，可能会导致线程安全问题。这个线程安全问题的由来，根据JMM的相关规定，可以得出如下结果：
线程安全问题，其原因是JMM不允许工作线程直接操作主内存，只允许从主内存中将操作数据拷贝到各自线程的工作内存中，而工作内存只对当前线程可见，当有多个线程同时修改一个对象后，最后再写入主内存中就会造成结果不一致的情况。

2、JMM的三个特征

JMM是围绕并发编程中，可见性、原子性和有序性这三个特征建立的。

可见性是指：一个线程对共享变量做了修改后，其他线程立即能够感知到该变量的变化。

JMM如何保证可见性：
JMM通过将在工作内存中的变量修改后的值同步到主内存，在读取变量前从主内存刷新最新值到工作内存中，这种依赖主内存的方式来实现可见性的。
其实无论是普通变还是volatile变量都是这样子的，但是区别在于，volatile的特殊规则保证了volatile变量值修改后的新值立刻同步到主内存，每次使用volatile变量前立即从主内存中刷新变量值到工作内存中，因此volatile保证了线程之间操作变量的可见性，而普通变量不能保证这一点。
除了volatile关键字能实现可见性，synchronized、Lock、final也可以保证可见性。

原子性：一个操作不能被打断，要么全部执行完毕，要么不执行。也即：某个线程正在做某个具体业务时，中间不可以被加塞或者被分隔，需要整体完整，要么同时成功，要么同时失败。这有点类似于事务操作，要么全部执行成功，要么回退到执行该操作之前的状态。（synchronized可以保证代码片段的原子性）。
有序性：对于一个线程的代码而言，我们总是以为代码的执行是从前往后的依次执行的。在单线程程序里，代码确实是这样执行的。但是在多线程并发时，程序的执行就有可能出现乱序。用一句话总结为：在本线程内观察，操作都是有序的，如果在一个线程中观察另一个线程，所有的操作都是无序的。前半句指的是“线程内表现为串行语义”，后半句是指“指令重排”现象和“工作内存和主内存同步延迟”现象。

-> 什么是指令重排：
是指编译期和处理器在不影响单线程执行结果的前提下，对源代码的指令进行重新排序执行，这种重新排序是一种优化手段，目的是为了处理器内部的运算单元能尽量被充分利用，提升程序的整体运行效率。指令重排只能保证单线程执行下的正确性，在多线程环境下指令重排会带来一定的问题。
->指令重排的分类：

  - 编译期优化的重排序：编译期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；
  - 指令级并行的重排序：现代处理器采用了指令级并行技术来将多条指令重叠执行。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。
  - 内存系统的重排序：由于处理器使用缓存和读/写缓冲区，这使得加载和存储操作看上去可能是在乱执行。

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JMM：Java内存模型