Java 内存模型概述
Java 内存模型是通过各种操作来定义，包括对变量的读/写操作，监视器的加锁和释放操作，以及线程启动和合并操作。JMM为程序中所有的操作定义了一个偏序关系，称之为Happens-Before。要想保证操作B的线程能看到操作A的结果（无论A和B是否在同一个线程中执行），那么在A和B之间必须满足Happens-Before关系。如果两个操作之间缺乏Happens-Before关系，那么JVM可以对它们任意地排序。
Java内存模型说明了某个线程的内存操作在哪些情况下对于其他线程是可见的。
平台内存模型和 Java 内存模型
平台内存模型是指硬件内存模型，在共享内存的多处理器体系架构中，每个处理器都拥有自己的缓存，并且定期地与主内存进行协调，如下图所示。为了告诉应用程序可以从内存系统中获得怎样的保证，平台内存模型定义了一些特殊指令（内存栅栏/栅栏/内存屏障），当需要共享数据时，这些指令就能实现额外的存储协调保证。
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为了使Java开发人员无需关注不同平台内存模型的差异，Java提供了自己的内存模型（JMM）。Java内存模型其实是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），本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是Java内存模型的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化。
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在JVM内部，Java内存模型把内存分成了两部分：线程栈区和堆区，下图展示了Java内存模型在JVM中的逻辑视图：
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JVM中运行的每个线程都拥有自己的线程栈，线程栈包含了当前线程执行的方法调用相关信息，我们也把它称作调用栈（虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器）。一个线程只能读取自己的线程栈，也就是说，线程中的本地变量对其它线程是不可见的。即使两个线程执行的是同一段代码，它们也会各自在自己的线程栈中创建本地变量，因此，每个线程中的本地变量都会有自己的版本。
堆区（堆区，方法区）包含了Java应用创建的所有对象信息，不管对象是哪个线程创建的，其中的对象包括原始类型的封装类（如Byte、Integer、Long等等）。不管对象是属于一个成员变量还是方法中的本地变量，它都会被存储在堆区。
因为Java内存模型和平台底层内存模型之间的差异，Java内存模型中的变量和对象会存储到平台内存模型的各个存储区域：
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多个线程对共享对象的访问必然会面临一些问题，其中最主要的两个问题是：
1. 共享对象对各个线程的可见性
2. 共享对象的竞争现象
JVM通过在适当的位置上插入内存屏障来屏蔽Java 内存模型与底层平台内存模型之间的差异，Java内存模型并定义了一系列Happens-Before关系，用来保证某个线程的内存操作对其他线程的可见性，并避免产生数据竞争。
指令重排序
在执行程序时，为了提高性能，编译器和处理器会对指令做重排序。现实中，没有正确同步情况下，各种使操作延迟或看似乱序执行的原因，都可以归结到重排序。编译器和处理器进行指令重排序时，会遵守以下规律：
数据依赖性
如果两个操作访问同一个变量，其中一个为写操作，此时这两个操作之间存在依赖性，编译器和处理器不会改变存在这两个操作的执行顺序。
as-if-serial
不管怎么重排序，单线程下的执行结果不能被改变，编译器、runtime和处理器都必须遵守as-if-serial语义。
内存屏障（Memory Barrier ）
插入一条Memory Barrier会告诉编译器和CPU：不管什么指令都不能和这条Memory Barrier指令重排序。
Memory Barrier所做的另外一件事是强制刷出各种CPU cache，如一个Write-Barrier（写入屏障）将刷出所有在Barrier之前写入 cache 的数据，因此，任何CPU上的线程都能读取到这些数据的最新版本。
如果一个变量是volatile修饰的，JMM会在写入这个字段之后插进一个Write-Barrier指令，并在读这个字段之前插入一个Read-Barrier指令。这意味着，如果写入一个volatile变量，就可以保证：
1. 一个线程写入变量a后，任何线程访问该变量都会拿到最新值。
2. 在写入变量a之前的写入操作，其更新的数据对于其他线程也是可见的。因为Memory Barrier会刷出cache中的所有先前的写入。
Happens-Before
Java 内存模型为程序中所有的操作定义了一个偏序关系，称之为Happens-Before。当一个变量被多个线程读取并且至少被一个线程写入时，如果在读操作和写操作之间没有依照 Happens-Before 来排序，那么久会产生数据竞争问题。
在正确同步的程序中不存在数据竞争，并会表现出串行一致性，这意味着程序中的所有操作都会按照一种固定和全局的顺序执行。Happens-Before规则包括：
程序顺序规则
如果程序中操作A在操作B之前，那么线程中操作A将在B操作之前执行
监视器规则
在监视器锁上的解锁操作，必须在同一个监视器锁上的加锁操作之前执行
volatile 变量规则
对 volatile 变量的写入操作必须在对该变量的读操作之前执行。原子变量与 volatile 变量在读操作和写操作上有着相同的内存语义
线程启动规则
在线程上对 Thread.start 的调用必须在该线程中执行任何操作之前执行
线程结束规则
线程中的任何操作都必须在其他线程检测到该线程已经结束之前执行
中断规则规则
当一个线程在另一个线程上调用 interrupt 时，必须在被中断线程检测到 interrupt调用之前执行
终结器规则
对象的构造函数必须在启动该对象的终结器之前执行完成
传递性规则
如果操作A在操作B之前执行，并且操作B在操作C之前执行，那么操作A必须在操作C之前执行
注意：两个操作之间具有happens-before关系，并不意味前一个操作必须要在后一个操作之前执行！仅仅要求前一个操作的执行结果，对于后一个操作是可见的，且前一个操作按顺序排在后一个操作之前。
内容来源
Java 并发编程实战
http://blog.csdn.net/suifeng3051/article/details/52611310
