Java 内存模型（JMM）定义了线程如何通过内存进行交互，规定所有变量存储在主内存，线程操作需将变量加载到工作内存，修改后写回主内存。核心是解决多线程并发时的原子性、可见性和有序性问题，通过 volatile、synchronized 等关键字和 final 保证线程安全。
一、JMM 的核心目标
JMM 的核心目标是 定义程序中变量的访问规则，解决多线程并发时的三大核心问题：
- 原子性
指一个操作是不可分割的整体，要么全部执行，要么全部不执行。
- 例：
i++ 并非原子操作（实际包含读取、加 1、写回三步），多线程下可能出现数据丢失。 - 保证方式：
synchronized、Lock、java.util.concurrent.atomic 原子类。
- 可见性
指一个线程修改的变量值，能被其他线程立即感知到。
- 原因：线程操作变量时，会先将主内存的变量加载到自己的 工作内存（CPU 缓存），修改后仅更新工作内存，未及时写回主内存，导致其他线程读取到旧值。
- 保证方式：
volatile（强制写回主内存并 invalidate 其他线程的缓存）、synchronized、final。
- 有序性
指程序执行的顺序与代码编写的顺序一致。
- 原因：CPU 为优化性能会进行 指令重排序（单线程下不影响结果，但多线程下可能破坏依赖关系）。
- 例：
int a = 1; int b = 2; 可能被重排为 int b = 2; int a = 1;，若另一个线程依赖 a 先赋值，则可能出错。 - 保证方式：
volatile（禁止重排序）、synchronized、final，以及 happens-before 规则。
二、JMM 的内存结构模型
JMM 抽象了线程与内存的交互关系，将内存分为两类：
| 内存类型 | 作用 | 访问方式 |
|---|---|---|
| 主内存 | 存储所有线程共享的变量（实例变量、静态变量） | 线程需通过工作内存间接访问 |
| 工作内存 | 每个线程独有的私有内存（CPU 缓存 + 寄存器） | 线程直接读写，速度快 |
线程操作变量的流程：
- 线程从主内存读取变量到工作内存（加载 load）；
- 线程在工作内存中修改变量（使用 use）；
- 修改后的变量写回主内存（存储 store）。
⚠️ 问题：多线程并发时，若多个线程同时修改同一变量，可能出现“工作内存数据不一致”（如线程 A 修改变量后未写回，线程 B 仍读取旧值）。
三、JMM 的核心保障机制
JMM 通过以下机制保证原子性、可见性和有序性：
1. volatile 关键字
- 可见性：线程修改
volatile 变量后，会立即写回主内存；其他线程读取时，会强制从主内存加载最新值（ invalidate 本地缓存）。 - 有序性：禁止
volatile 变量前后的指令重排序（通过内存屏障实现）。 - ❌ 不保证原子性：例
volatile int i = 0; i++ 仍可能出现并发问题（需结合原子类或锁）。
2. synchronized 关键字
- 原子性：保证同步块内的操作是原子的（同一时间只有一个线程执行）。
- 可见性：线程释放锁时，会将工作内存的修改写回主内存；线程获取锁时，会从主内存加载最新变量值。
- 有序性：同步块内的指令禁止重排序（锁的获取和释放相当于内存屏障）。
3. final 关键字
- 可见性：
final 变量初始化后，其值不能被修改（基本类型）或引用不能被重新赋值（引用类型），且初始化完成后立即对其他线程可见（禁止重排序初始化过程）。 - 例：
final int a = 10; 其他线程读取 a 时，一定能看到 10，不会出现“半初始化”状态。
4. happens-before 规则（JMM 的核心）
happens-before 是 JMM 定义的 先行发生关系，用于判断多线程操作的可见性和有序性。若操作 A happens-before 操作 B，则 A 的结果对 B 可见，且 A 的执行顺序在 B 之前。
常用 happens-before 规则：
- 程序顺序规则：同一线程内，代码按编写顺序执行（前序操作
happens-before 后续操作）。 - volatile 规则：
volatile 变量的写操作 happens-before 后续的读操作。 - 锁规则：锁的释放操作
happens-before 后续的获取锁操作。 - 线程启动规则：
Thread.start() happens-before 线程内的任何操作。 - 线程终止规则：线程内的所有操作
happens-before 线程的终止检测（如 Thread.join() 完成）。
四、JMM 的实际应用场景
JMM 是并发编程的基础，所有 Java 并发工具（如 ThreadPoolExecutor、ConcurrentHashMap）都依赖 JMM 保证线程安全。
典型场景：
- 状态标志位：用
volatile boolean flag 作为线程中断或状态切换的标志（保证可见性和有序性）。 - 单例模式：双重检查锁单例（
volatile 禁止实例初始化的重排序，避免拿到“半初始化”对象）。
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance; // volatile 关键
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) { // 第一次检查
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) { // 第二次检查
instance = new Singleton(); // 禁止重排序
}
}
}
return instance;
}
}
- 并发数据更新：用
synchronized 或 Lock 保证多线程更新共享变量的原子性和可见性。
总结
JMM 的核心是 解决多线程并发时的内存可见性、原子性和有序性问题，通过抽象主内存和工作内存的交互，以及 volatile、synchronized、final 和 happens-before 规则，为 Java 并发编程提供统一的内存模型规范。理解 JMM 是掌握并发编程的基础，也是面试中的高频考点。
