在學(xué)習Java內(nèi)存模型之前牙瓢，有幾個知識點必須先了解一下。
1. cpu和物理內(nèi)存的讀寫速度差會導(dǎo)致什么問題辜妓？如何解決？
2. 計算機內(nèi)存模型是什么忌怎？為什么需要計算機內(nèi)存模型籍滴？
最后再了解：
3. 什么是JMM？

cpu和物理內(nèi)存的讀寫速度差會導(dǎo)致什么問題榴啸？如何解決?

計算機的每條指令孽惰，都是通過cpu來執(zhí)行的，執(zhí)行過程中鸥印，大多情況下都需要與內(nèi)存打交道勋功。在早些時候，cpu的運算速度和內(nèi)存的運算速度相差無幾库说，于是兩者過的相安無事狂鞋。但是隨著cpu的不斷發(fā)展，cpu的計算速度遠遠超過了內(nèi)存璃弄。所以就導(dǎo)致每次cpu都要在等待內(nèi)存上耗費很長時間要销。
于是就誕生了高速緩存這一中間人构回，其實也就是我們平常所說的緩存夏块。它的作用時：在cpu進行計算時疏咐，先將所需的數(shù)據(jù)從內(nèi)存拷貝一份到高速緩存中，cpu在獲取數(shù)據(jù)時脐供，就直接從緩存中獲取浑塞，寫數(shù)據(jù)的時候，也可以直接往高速緩存中寫入政己。運算結(jié)束時酌壕，再將緩存中的數(shù)據(jù)刷新到內(nèi)存中即可。
舉個例子歇由，有一份工作需要張三和李四配合進行卵牍，張三負責工作前半部分，李四負責工作后半部分沦泌，起初兩者都是新手糊昙，干活速度不相上下，于是這個工作剛好能銜接上谢谦。但是隨著時間的積累释牺，李四的干活速度越來越快（cpu在升級），而張三的干活速度依舊如此（內(nèi)存的速度在原地踏步）回挽，所以導(dǎo)致李四干完了没咙，需要浪費很多時間在等待張三上。 所以呢千劈，公司為了這個問題祭刚，又招了王五作為協(xié)調(diào)員，又招了n個張三來做底層工作墙牌。協(xié)調(diào)員這邊負責將n個張三完成的工作緩存起來（高速緩存的作用）袁梗，等到李四開始工作時，直接與協(xié)調(diào)員對接即可憔古。

計算機內(nèi)存模型是什么遮怜？為什么需要計算機內(nèi)存模型？

咱們這先提一下計算機緩存鸿市，計算機緩存分一級緩存（L1 cache）锯梁、二級緩存（L2 cache）、三級緩存（L3 cache）焰情。當然不是所有計算機都配有這三級陌凳，也是看配置的。
在cpu執(zhí)行時内舟，會先從一級緩存中獲取數(shù)據(jù)合敦，如果沒有再從二級緩存中獲取數(shù)據(jù)，如果還是沒有验游，則會去三級緩存或者內(nèi)存中獲取數(shù)據(jù)充岛。
對于多核cpu來說保檐，每個核都會有自己的一級緩存，二級緩存可能是共享的崔梗，也可能是單獨的夜只，而三級緩存一般來說都是共享的。

計算機三級緩存

說完了計算機緩存蒜魄，咱們再聊一下計算機的單線程和多線程扔亥，單核與多核的問題，這將對計算機內(nèi)存模型產(chǎn)生至關(guān)重要的影響谈为。
我們可以分下面幾種情況來考慮：

1. 單線程（無論單核還是多核）
   單線程執(zhí)行旅挤，就不用考慮資源競爭的問題了，反正數(shù)據(jù)都是按順序讀的伞鲫，按順序?qū)懙那澹粫嬖诓l(fā)修改等并發(fā)問題，這種時候也就不需要對內(nèi)存數(shù)據(jù)進行什么保護措施榔昔，數(shù)據(jù)是絕對不可能亂的驹闰。

2. 單核多線程
   單核是可以開啟多線程操作的，但不要誤以為這是并行撒会，你肉眼看著多個任務(wù)同時進行嘹朗，其實底層操作系統(tǒng)還是按著串行但方式在運行，操作系統(tǒng)是以時間片為單位控制著每個線程的掛起和執(zhí)行诵肛。
   舉例來說屹培，比如當下有a、b怔檩、c三個線程褪秀，操作系統(tǒng)給a分了10個時間片，于是a執(zhí)行了10個時間片后薛训，就被操作系統(tǒng)掛起了媒吗，緊接著又給b分了10個時間片，b執(zhí)行完后也被掛起了乙埃，如此反復(fù)闸英，因為一個時間片大概10ms左右，所以以人肉眼的角度來觀察多個任務(wù)的執(zhí)行情況介袜，其實是看不出這其實是在串行執(zhí)行甫何。
   所以，這也解釋了遇伞，這種情況下辙喂，其實也不需要對內(nèi)存數(shù)據(jù)做什么保障，串行已經(jīng)解決了一切臟數(shù)據(jù)問題。

3. 多核多線程
   上面也說到了巍耗，每個核心秋麸，是有自己對一級緩存的，所以當core1上當線程1修改了該內(nèi)核下當L1緩存后芍锦，core2上當線程2修改了該內(nèi)核下當L1緩存，這時兩者當緩存數(shù)據(jù)就對不上了飞盆，如果這時候需要對這份數(shù)據(jù)進行其它計算娄琉，那就會導(dǎo)致計算錯誤。這其實也就是我們經(jīng)常說的緩存一致性問題吓歇。

除了上述多核多線程的情況會導(dǎo)致緩存不一致問題之外孽水，如果考慮硬件方面的話，還有其它情況城看，我這里就說一點：

1. 指令重排序
   重排序是指編譯器和處理器為了優(yōu)化程序性能而對指令序列進行重新排序的一種手段女气。
   假設(shè)現(xiàn)在有如下兩句代碼要執(zhí)行：
   a = 1; a = 2;
   很明顯，先執(zhí)行a=1或a=2测柠，對于a的結(jié)果值來說是顯然不同的兩種情況炼鞠。當然，在單線程情況下轰胁，操作系統(tǒng)會在遵守原有的串行邏輯的語義下谒主，對指令進行重排序，人話來說就是：我不會讓你對結(jié)果變的赃阀！
   但不同處理器和不同線程之間的數(shù)據(jù)性不會被編譯器和處理器考慮到霎肯，所以會因此而產(chǎn)生數(shù)據(jù)不一致的情況。

更詳細的文檔可參考：https://www.zybuluo.com/kiraSally/note/850631#24-%E9%87%8D%E6%8E%92%E5%BA%8F%E7%9A%84%E6%89%A7%E8%A1%8C%E6%B5%81%E7%A8%8B

那這些問題操作系統(tǒng)怎么解決呢榛斯？內(nèi)存模型观游！
簡單的來說，計算機內(nèi)存模型定義了兩種解決方式：

1. 內(nèi)存屏障
2. 限制處理器做優(yōu)化

什么是JMM驮俗？

• Java內(nèi)存模型是一個抽象的概念懂缕，并非真實存在。
• JMM定義了線程和主內(nèi)存之間的關(guān)系：
  1. 線程之間的共享變量存儲在主內(nèi)存中王凑。
  2. 每個線程都有一個私有的本地內(nèi)存提佣，其中保存了該線程使用到的共享變量的主內(nèi)存副本拷貝。
• JMM屏蔽了操作系統(tǒng)和硬件的內(nèi)存訪問差異荤崇，所以Java才得意在各個平臺上達到訪問內(nèi)存的一致性拌屏。
• 重點：主內(nèi)存和線程私有的工作內(nèi)存，與JVM的堆棧不是一回事术荤。主內(nèi)存應(yīng)該是指內(nèi)存條倚喂，而工作內(nèi)存應(yīng)該是指寄存器和高速緩存。

JMM的核心原則

多線程的原子性、可見性端圈、有序性焦读。
JMM是一種規(guī)范，目的是解決由于多線程通過共享內(nèi)存進行通信時舱权，存在的本地內(nèi)存數(shù)據(jù)不一致矗晃、編譯器會對代碼指令重排序、處理器會對代碼亂序執(zhí)行等帶來的問題宴倍。目的是保證并發(fā)編程場景中的原子性张症、可見性和有序性。

原子性

• 原子性是指一個操作是不可中斷的鸵贬，即多線程環(huán)境下俗他，操作不能被其他線程干擾

可見性

• 可見性是指當一個線程修改了某一個共享變量的值，其他線程是否能夠立即知道該變更
• Java中普通的共享變量不保證可見性阔逼，因為其修改被寫入內(nèi)存的時機是不確定的兆衅，多線程并發(fā)下很可能出現(xiàn)"臟讀"
• 緩存優(yōu)化或者硬件優(yōu)化或指令重排以及編輯器的優(yōu)化都可能導(dǎo)致一個線程修改不會立即被其他線程察覺
• Java提供volatile保證可見性：寫操作立即刷新到主內(nèi)存，讀操作直接從主內(nèi)存讀取
• Java同時還可以通過加鎖的同步性間接保證可見性：synchronized和Lock能保證同一時刻只有一個線程獲取鎖并執(zhí)行同步代碼嗜浮，并在釋放鎖之后將變量的修改刷新到主內(nèi)存中

有序性

• 對于一個線程的執(zhí)行代碼而言羡亩，我們總是習慣性認為代碼的執(zhí)行總是從上到下，有序執(zhí)行危融，但為了提供性能夕春，編譯器和處理器通常會對指令序列進行重新排序
• 指令重排可以保證串行語義一致，但沒有義務(wù)保證多線程間的語義也一致专挪，即可能產(chǎn)生"臟讀"

參考文章：
https://mp.weixin.qq.com/s/n0U2IJwhT3OAp_EwRdzYIA
https://www.zybuluo.com/kiraSally/note/850631#3happends-before