在講述Java內存模型之前，先介紹幾個概念：指令重排序，Java運行模式
1.指令重排序
java編程語言的語義允許編譯器和處理器執行指令重排序優化，以提高程序運行效率。指令重排序需遵守as-if-serial，as-if-serial指的是：不管怎麼重排序，單線程程序的執行結果不能被改變。編譯器和處理器都必須遵守as-if-serial語義。也就是說，編譯器和處理器不會對存在數據依賴關係的操作做重排序。
指令重排序分爲：重排序和等效替換
2.java運行模式
- 編譯：字節碼----jit提前編譯----彙編
- 解釋：字節碼----jit一段一段編譯----彙編
- 混合：綜合上述兩種，運行的過程中，jit編譯器生效，針對熱點代碼進行重排序優化並預編譯。可使用jitwatch查看優化後的彙編代碼
java內存模型
java內存模型描述程序可能的行爲，通過檢查執行跟蹤的每個讀操作，並根據某些規則檢查該讀操作觀察到的寫操作是否有效來工作。程序執行產生的所有結果都可以由內存模型預測。
具體來說，Java內存模型主要目標是定義程序中各個變量的訪問規則。所有的變量都是存在主存中，每個線程都有自己的工作內存。線程對變量的操作都必須在工作內存進行，不能直接對主存進行操作，並且每個線程不能訪問其他線程的工作內存。
Java內存模型對於多線程三大特性的規定：
- 原子性：java內存模型規定基本數據類型的訪問讀寫具備原子性
- 可見性：通過一套同步規則，將變量修改後的新值同步回主內存，在變量讀取前從主內存刷新變量值到工作內存，實現可見性
- 有序性：本線程內觀察到的所有操作都是有序的，但是在另一個線程中觀察該線程，由於重排序和同步延時，所有操作都是無序的。
Java中可見性存在CPU緩存等導致短期內可見性問題，重排序可能導致永久可見性問題。
可見性同步規則：
- 對於監視器m的解鎖，與所有後續操作對於m的加鎖同步
- 對volatile變量v的寫入，與所有後續對v的讀同步
- 啓動線程的操作，與線程中的第一個操作同步
- 對於每個屬性寫入默認值（0、false、null），與每個線程對其進行的操作同步
- 線程t1的最後操作，與線程t2發現t1已經結束同步（isAlive、join）。
- 如果線程t1中斷了t2，那麼線程t1的中斷操作與所有線程發現t2被中斷同步（InterruptedException，interrupted，isInterrupted）
Happens-before先行發生原則
happens-before關係主要用於強調兩個有衝突的動作之間的順序。對於共享變量的多次訪問，如果至少有一次是寫，那麼對於該變量訪問是衝突的。當程序包含兩個沒有被happens-before關係排序的衝突訪問時，就存在數據競爭。遵守這些原則，也就意味着有些代碼不能進行重排序，有些數據不能緩存。
虛擬機實現時，必須要確保以下原則（happens-before可以理解爲先發生對後發生可見）
- 某個線程中的每個動作都happens-before該線程中該動作之後的操作
- 某個monitor上的unlock動作happens-before同一monitor上的後續的lock操作
- 對某個volatile字段的寫操作happens-before每個後續對該volatile字段的讀操作
- 在某個線程對象上調用start()方法happens-before該啓動了的線程中的任意動作
- 某個線程中的所有動作happens-before任意其他線程成功從該線程對象上的join()中返回
- 具有傳遞性，如果某個動作a happens-before b，且b happens-before c，那麼a happens-before c
volatile關鍵字
volatile關鍵字可以讓一個線程對共享變量的修改，能夠及時被其他線程看到，遵循Java內存模型同步規則。
- 禁止緩存：volatile變量的訪問控制符會加ACC_VOLATILE，保證立即可見
- 禁止重排序：對volatile變量相關的指令不做重排序
volatile不保證原子性
final在JMM中的處理
- 在共享對象的構造函數中設置的final字段，當線程看到該對象時，將始終看到該對象的final字段的正確構造版本。示例：f=new FinalDemo();若x爲final字段，則讀取到的f.x一定是最新的
- 在共享對象構造函數中設置字段後發生讀取，如果該字段爲final，會看到字段分配的值，否則會看到默認值。示例：public FinalDemo(){x=1;y=x}，y會等於1
- 讀取共享對象的final字段時，要先讀取共享對象。示例：f= new FinalDemo();a=f.x;這兩個操作不能重排序
- 通常final static是不可修改的字段，然而System.in、System.out、System.err是final static字段，由於遺留原因，必須允許通過set方法改變，我們見這些字段稱爲寫保護，以區別於普通final字段
double和long的特殊處理
虛擬機規範中，寫64位的double和long分成了兩次32位的操作，由於不是原子操作，可能導致讀取到的某次寫操作中的前32位，以及另一次寫操作的後32位。讀寫volatile的double和long總是原子的，引用的讀寫也總是原子的
雖然規範沒要求實現原子性，但是商業JVM大部分實現了原子性。