【Java 内存模型】— JMM 概述
1. 并发模型的两个关键问题
在并发编程中，需要处理两个关键问题：线程之间如何通信及线程之间如何同步（这里的线程是指并发执行的活动实体）。通信是指线程之间以何种机制来交换信息。在命令式编程中，线程之间的通信机制有两种：共享内存和消息传递。
Java 的并发采用的是共享内存模型，Java 线程之间的通信总是隐式进行，整个过程对程序员完全透明。
2. Java 内存模型的抽象结构
在 Java 中，所有的实例域、静态域和数组元素都存在堆内存中，堆内存在线程之间共享。局部变量、方法定义参数和异常处理参数不会在线程之间共享，它们不会有内存可见性问题，也不受内存模型的影响。
从抽象角度看，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，每个线程都有一个私有的本地内存，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 JMM 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。
JMM 通过控制主内存与每个线程本地内存之间的交互，来为 Java 程序员提供内存可见性保证。
3. 从源代码到指令序列的重排序
在执行程序时，为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令做重排序。重排序分为3中类型：
- 编译器优化的重排序。编译器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。处理器采用了指令级并行技术来将多条指令重叠执行。如果数据不存在依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的顺序执行。
- 内存系统的重排序。由于处理器使用缓存和读/写缓冲区，这使得夹杂和存储操作看上去可能是在乱序执行。
1 属于编译器重排序，2 和 3 属于处理器重排序。这些重排序都可能导致内存可见性问题。
- 对于编译器，JMM 的编译器重排序规则会禁止特定类型的编译器重排序。
- 对于处理器，JMM 的处理器排序规则会要求 Java 编译器在生成指令序列时，插入特定的内存屏障指令，通过内存屏障指令来禁止特定类型的处理器重排序。
5. happen-before 简介
从 JDK5 开始，Java 使用新的 JSR-133 内存模型。JSR-133 使用 happen-before 的概念来阐述操作之间的内存可见性。在 JMM 中，如果一个操作执行的结果需要对另一个操作可见，那么这两个操作之间必须存在 happen-before 关系。 这里提到的两个操作可以是在一个线程之内，也可以是在不同线程之间。
与程序员密切相关的 happen-before 规则如下：
- 程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happen-before 于该线程中的任意后续操作
- 监视器锁规则：对一个锁的解锁，happen-before 于随后对这个锁的加锁。
- volatile 变量规则：对一个 volatile 域的写，happen-before 于任意后续对这个 volatile 域的读
- 传递性：如果 A happen-before B，且 B happen-before C，那么 A happen-before C。
两个操作之间具有 happen-before 关系，并不意味着前一个操作必须要在后一个操作之前执行！happen-before 仅仅要求前一个操作的执行结果对后一个操作可见，且前一个操作按顺序排在第二操作之前。
一个 happen-before 规则对应一个或多个编译器和处理器重排序规则。对于 Java 程序员来说，happen-before 规则简单易懂，它避免 Java 程序员为了理解 JMM 提供的内存可见性保证而去学习复杂的重排序规则以及这些规则的具体实现方法。
