Java 内存模型，简称 JMM，定义了多线程环境下变量如何读写、线程之间如何看到彼此的修改，以及哪些操作之间存在 happens-before 关系。

JMM 是理解 volatile、synchronized、final、线程启动和线程结束可见性的基础。

1. 为什么需要 JMM

现代程序会经过多层优化：

• 编译器优化。
• JIT 优化。
• CPU 缓存。
• CPU 指令重排序。
• 写缓冲区。

如果没有统一规范，不同平台上同一段 Java 并发代码可能表现不同。

JMM 的目标是屏蔽底层差异，为 Java 程序提供统一的并发语义。

2. 主内存与工作内存

概念模型：

主内存
┌────────────────────┐
│ shared variables   │
└─────────┬──────────┘
          │
          ▼
线程 A 工作内存       线程 B 工作内存
┌──────────────┐     ┌──────────────┐
│ shared 副本   │     │ shared 副本   │
└──────────────┘     └──────────────┘

线程不能直接操作主内存中的变量概念值，而是通过自己的工作内存副本进行读写，再与主内存同步。

这只是规范模型，不等同于真实硬件结构。

3. 三大问题

问题	示例	解决
原子性	count++ 更新丢失	锁、原子类
可见性	一个线程改了标记，另一个线程看不到	volatile、锁
有序性	指令重排序导致观察到异常顺序	volatile、锁、happens-before

JMM 主要解决可见性和有序性规则，原子性还需要锁或原子操作配合。

4. happens-before

happens-before 表示前一个操作的结果对后一个操作可见，并且前一个操作在内存语义上排在后一个操作之前。

A happens-before B
   │
   ▼
B 能看到 A 的结果

它不一定等同于物理时间先后，而是 JMM 定义的可见性顺序。

5. 常见 happens-before 规则

规则	说明
程序次序规则	同一线程内，前面的操作 happens-before 后面的操作
监视器锁规则	unlock happens-before 后续对同一锁的 lock
volatile 规则	volatile 写 happens-before 后续同变量 volatile 读
线程启动规则	Thread.start() happens-before 新线程内动作
线程终止规则	线程内动作 happens-before 其他线程检测到它结束
中断规则	interrupt() happens-before 被中断线程检测到中断
传递性	A hb B，B hb C，则 A hb C

示例：

int value = 0;
volatile boolean ready = false;

// 线程 A
value = 42;
ready = true;

// 线程 B
if (ready) {
    System.out.println(value); // 能看到 42
}

6. synchronized 的 JMM 语义

线程 A synchronized(lock) 写共享变量
  │ unlock
  ▼
线程 B synchronized(lock) 读共享变量

同一把锁的释放和获取建立 happens-before。

因此 synchronized 不只是互斥，还保证进入锁的线程能看到之前持锁线程释放锁前的写入。

7. volatile 的 JMM 语义

普通写
普通写
volatile 写
   │
   ▼
volatile 读
普通读
普通读

读到 volatile 写的线程，可以看到写 volatile 前的普通写。

这常用于状态发布。

8. final 字段语义

final 字段有特殊初始化安全保证。

public class Config {
    private final int timeout;

    public Config(int timeout) {
        this.timeout = timeout;
    }
}

只要构造期间 this 没有逃逸，其他线程看到构造完成的对象时，应能看到正确的 final 字段值。

不要在构造器中把 this 暴露给其他线程：

public Config() {
    Global.registry(this); // this 逃逸，不推荐
}

9. 重排序

在不改变单线程语义的前提下，编译器和 CPU 可能调整指令顺序。

单线程看起来没问题，多线程可能暴露问题。

data = 1;
ready = true;

如果没有同步，另一个线程可能先看到 ready=true，却还看不到 data=1。

JMM 通过 volatile、锁等机制限制这种重排序的可见影响。

10. 安全发布

安全发布方式：

• 使用静态初始化。
• 使用 volatile 引用。
• 使用 final 字段正确构造。
• 使用锁保护。
• 放入线程安全容器。

示例：

private volatile Config config;

public void refresh() {
    config = new Config(1000);
}

Tips 快问快答

Q：JMM 是真实内存结构吗？ A：不是，它是 Java 规范中的抽象内存模型。

Q：happens-before 表示时间先后吗？ A：不完全是，它表示内存可见性和顺序关系。

Q：synchronized 只保证互斥吗？ A：不只，它还保证同一锁释放和获取之间的可见性。

Q：volatile 写和读有什么关系？ A：volatile 写 happens-before 后续对同一变量的 volatile 读。

Q：final 字段一定安全吗？ A：正确构造且 this 不逃逸时，final 字段有初始化安全保证。

Q：为什么单线程没问题，多线程可能出错？ A：因为多线程涉及可见性、重排序和竞争时序。

Q：安全发布是什么意思？ A：让其他线程看到对象引用时，也能看到对象正确初始化后的状态。

Q：JMM 主要解决什么？ A：定义多线程下变量读写、可见性、有序性和 happens-before 规则。