JAVA内存模型（Jave Memory Model:JMM）
一、CPU和内存的交互
在计算机中，cpu和内存的交互最为频繁，但是随着cpu的发展，内存的读写速度也远远赶不上cpu。因此cpu厂商在每颗cpu上加上高速缓存，用于缓解这种CPU与内存间的速度不匹配问题情况。cpu和内存的交互大致如下。
二、多核CPU多级缓存一致性协议MESI
多核CPU的情况下有多个一级缓存，如何保证缓存内部数据的一致性,不让系统数据混乱。这里就引出了一个一致性的协议MESI。
CPU中每个缓存行（caceh line)使用4种状态进行标记（使用额外的两位(bit)表示):
M: 被修改（Modified)
该缓存行只被缓存在该CPU的缓存中，并且是被修改过的（dirty),即与主存中的数据不一致，该缓存行中的内存需要在未来的某个时间点（允许其它CPU读取请主存中相应内存之前）写回（write back）主存。
当被写回主存之后，该缓存行的状态会变成独享（exclusive)状态。
E: 独享的（Exclusive)
该缓存行只被缓存在该CPU的缓存中，它是未被修改过的（clean)，与主存中数据一致。该状态可以在任何时刻当有其它CPU读取该内存时变成共享状态（shared)。
同样地，当CPU修改该缓存行中内容时，该状态可以变成Modified状态。
S: 共享的（Shared)
该状态意味着该缓存行可能被多个CPU缓存，并且各个缓存中的数据与主存数据一致（clean)，当有一个CPU修改该缓存行中，其它CPU中该缓存行可以被作废（变成无效状态（Invalid））。
I: 无效的（Invalid）
该缓存是无效的（可能有其它CPU修改了该缓存行）。
三、什么是JMM？
JMM即为JAVA 内存模型（java memory model）。因为在不同的硬件生产商和不同的操作系统下，内存的访问逻辑有一定的差异，结果就是当你的代码在某个系统环境下运行良好，并且线程安全，但是换了个系统就出现各种问题。
Java内存模型，就是为了屏蔽系统和硬件的差异，让一套代码在不同平台下能到达相同的访问结果。JMM从java 5开始的JSR-133发布后，已经成熟和完善起来。
JMM定义了Java 虚拟机(JVM)在计算机内存(RAM)中的工作方式。JVM是整个计算机虚拟模型，所以JMM是隶属于JVM的。
从抽象的角度来看，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（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JMM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。
四、java内存模型抽象结构图
JMM（java memory model）java内存模型主要目标是定义程序中的变量，（此处所指的变量是实例字段、静态字段等，不包含局部变量和函数参数，因为这两种是线程私有且无法共享）
在虚拟机中规定了存储到内存与从内存读取出来的5规则细节，Java 内存模型规定所有变量都存储在主内存中，每条线程还有自己的工作内存，工作内存保存了该线程使用到的变量（主内存副本拷贝），线程对变量的所有操作（读取、赋值）都必须在自己的工作内存中进行而不能直接读写主内存的变量，不同线程之间无法相互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在主内存来完成。
Java 内存模型对主内存与工作内存之间的具体交互协议定义了八种操作，具体如下：
lock（锁定）：作用于主内存变量，把一个变量标识为一条线程独占状态。
unlock（解锁）：作用于主内存变量，把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定。
read（读取）：作用于主内存变量，把一个变量从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的 load 动作使用。
load（载入）：作用于工作内存变量，把 read 操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中。
use（使用）：作用于工作内存变量，把工作内存中的一个变量值传递给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用变量值的字节码指令时执行此操作。
assign（赋值）：作用于工作内存变量，把一个从执行引擎接收的值赋值给工作内存的变量，每当虚拟机遇到一个需要给变量进行赋值的字节码指令时执行此操作。
store（存储）：作用于工作内存变量，把工作内存中一个变量的值传递到主内存中，以便后续 write 操作。
write（写入）：作用于主内存变量，把 store 操作从工作内存中得到的值放入主内存变量中。
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如果要把一个变量从主内存复制到工作内存就必须按顺序执行 read 和 load 操作，从工作内存同步回主内存就必须顺序执行 store 和 write 操作
但是 JVM 只要求了操作的顺序而没有要求上述操作必须保证连续性，所以实质执行中 read 和 load 间及 store 和 write 间是可以插入其他指令的。
其实 Java JMM 内存模型是围绕并发编程中原子性、可见性、有序性三个特征来建立的，关于原子性、可见性、有序性的理解如下：
原子性：就是说一个操作不能被打断，要么执行完要么不执行，类似事务操作，Java 基本类型数据的访问大都是原子操作，long 和 double 类型是 64 位，在 32 位 JVM 中会将 64 位数据的读写操作分成两次 32 位来处理，所以 long 和 double 在 32 位 JVM 中是非原子操作，也就是说在并发访问时是线程非安全的，要想保证原子性就得对访问该数据的地方进行同步操作，譬如 synchronized 等。
可见性：就是说当一个线程对共享变量做了修改后其他线程可以立即感知到该共享变量的改变，从 Java 内存模型我们就能看出来多线程访问共享变量都要经过线程工作内存到主存的复制和主存到线程工作内存的复制操作，所以普通共享变量就无法保证可见性了；Java 提供了 volatile 修饰符来保证变量的可见性，每次使用 volatile 变量都会主动从主存中刷新，除此之外 synchronized、Lock、final 都可以保证变量的可见性。
有序性：就是说 Java 内存模型中的指令重排不会影响单线程的执行顺序，但是会影响多线程并发执行的正确性，所以在并发中我们必须要想办法保证并发代码的有序性；在 Java 里可以通过 volatile 关键字保证一定的有序性，还可以通过 synchronized、Lock 来保证有序性，因为 synchronized、Lock 保证了每一时刻只有一个线程执行同步代码相当于单线程执行，所以自然不会有有序性的问题；除此之外 Java 内存模型通过 happens-before 原则如果能推导出来两个操作的执行顺序就能先天保证有序性，否则无法保证，关于 happens-before 原则可以查阅相关资料。
所以说如果想让 Java 并发程序正确的执行必须保证原子性、有序性、可见性，只要三者中有任意一个不满足并发都无法正确执行。
