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内存模型
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内存模型(JMM)中主要讲述两点:指令重排和内存屏障。内存指令的执行要符合happens before原则；
内存模型同时还涉及 编译器 和 处理器。指令重排涉及编译器，内存屏障涉及处理器。
为什么要讲述内存模型？
在处理器层面上，内存模型定义了一个充要条件，“让当前的处理器可以看到其他处理器写入到内存的数据”以及“其他处理器可以看到当前处理器写入到内存的数据”。
有些处理器有很强的内存模型(strong memory model)，能够让所有的处理器在任何时候任何指定的内存地址上都可以看到完全相同的值。而另外一些处理器则有较弱的内存模型（weaker memory model），
在这种处理器中，必须使用内存屏障（一种特殊的指令）来刷新本地处理器缓存并使本地处理器缓存无效，目的是为了让当前处理器能够看到其他处理器的写操作或者让其他处理器能看到当前处理器的写操作。
这些内存屏障通常在lock和unlock操作的时候完成。内存屏障在高级语言中对程序员是不可见的。
“一个线程的写操作对其他线程可见”这个问题是因为编译器对代码进行重排序导致的。例如，只要代码移动不会改变程序的语义，当编译器认为程序中移动一个写操作到后面会更有效的时候，编译器就会对代码进行移动。
如果编译器推迟执行一个操作，其他线程可能在这个操作执行完之前都不会看到该操作的结果，这反映了缓存的影响。
此外，写入内存的操作能够被移动到程序里更前的时候。在这种情况下，其他的线程在程序中可能看到一个比它实际发生更早的写操作。所有的这些灵活性的设计是为了通过给编译器，
运行时或硬件灵活性使其能在最佳顺序的情况下来执行操作。在内存模型的限定之内，我们能够获取到更高的性能。
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指令重排
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首先是把代码中的指令顺序排好。
对于 编译器 的编写者来说，Java内存模型（JMM）主要是由禁止指令重排的规则所组成的，其中包括了字段（包括数组中的元素）的存取指令和监视器（锁）的控制指令。
代码在编译期会进行优化重排，但是在一些特定的后续关联指令的情况下，指令不能被重排。
特殊处理的类型是 volatile、监视器Monitor 和 Final字段，这三处字段的读和写在一些特定的后续关联指令的情况下，指令不能被重排的。
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内存屏障
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第二就是在处理器上执行指令。
主要用于多核 处理器 的情况。
编译器和处理器必须同时遵守重排规则。由于单核处理器能确保与“顺序执行”相同的一致性，所以在单核处理器上并不需要专门做什么处理，就可以保证正确的执行顺序。
但在多核处理器上通常需要使用内存屏障指令来确保这种一致性。即使编译器优化掉了一个字段访问（例如，因为一个读入的值未被使用），这种情况下还是需要产生内存屏障，就好像这个访问仍然需要保护。
内存屏障的种类
LoadLoad屏障
StoreStore屏障
LoadStore屏障
StoreLoad屏障
Storeload屏障在几乎所有的现代多处理器中都需要使用，但通常它的开销也是最昂贵的。它们昂贵的部分原因是它们必须关闭通常的略过缓存直接从写缓冲区读取数据的机制。这可能通过让一个缓冲区进行充分刷新（flush）,以及其他延迟的方式来实现。
执行StoreLoad的指令也会同时获得其他三种屏障的效果。所以StoreLoad可以作为最通用的（但通常也是最耗性能）的一种Fence。(这是经验得出的结论，并不是必然)。反之不成立，为了达到StoreLoad的效果而组合使用其他屏障并不常见。
一句话，多核处理器下，由于对程序的指令重排，为了保证程序运行的一致性，需要内存屏障来进行保护。
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JSR133
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JSR133为Java语言定义了一个新的内存模型,一个能够在各种处理器架构中为并发提供一致语义的内存模型,同时它修复了早期内存模型中的缺陷。为了实现JSR133，final和volatile的语义需要重新定义。
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volatile
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如果把一个字段声明为volatile型，线程对这个字段写入后，在执行后续的内存访问之前，线程必须刷新这个字段且让这个字段对其他线程可见（即该字段立即刷新）。
每次对volatile字段的读访问，都要重新装载字段的值。
与使用synchronized相比，声明一个volatile字段的区别在于没有涉及到锁操作。但特别的是对volatile字段进行“++”这样的读写操作不会被当做原子操作执行。
另外，有序性和可见性仅对volatile字段进行一次读取或更新操作起作用。声明一个引用变量为volatile，不能保证通过该引用变量访问到的非volatile变量的可见性。
同理，声明一个数组变量为volatile不能确保数组内元素的可见性。volatile的特性不能在数组内传递，因为数组里的元素不能被声明为volatile。
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Java内存模型三个特性
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原子性
除了long型字段和double型字段外，java内存模型确保访问任意类型字段所对应的内存单元都是原子的。这包括引用其它对象的引用类型的字段。此外，volatile long 和volatile double也具有原子性 。（虽然java内存模型不保证non-volatile long 和 non-volatile double的原子性，当然它们在某些场合也具有原子性。）（译注：non-volatile long在64位JVM，OS，CPU下具有原子性）
当在一个表达式中使用一个non-long或者non-double型字段时，原子性可以确保你将获得这个字段的初始值或者某个线程对这个字段写入之后的值；但不会是两个或更多线程在同一时间对这个字段写入之后产生混乱的结果值（即原子性可以确保，获取到的结果值所对应的所有bit位，全部都是由单个线程写入的）。但是，如下面（译注：指可见性章节）将要看到的，原子性不能确保你获得的是任意线程写入之后的最新值。 因此，原子性保证通常对并发程序设计的影响很小。
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重排序意味着什么？
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在很多情况下，访问一个程序变量（对象实例字段，类静态字段和数组元素）可能会使用不同的顺序执行，而不是程序语义所指定的顺序执行。编译器能够自由的以优化的名义去改变指令顺序。在特定的环境下，处理器可能会次序颠倒的执行指令。数据可能在寄存器，处理器缓冲区和主内存中以不同的次序移动，而不是按照程序指定的顺序。
例如，如果一个线程写入值到字段a，然后写入值到字段b，而且b的值不依赖于a的值，那么，处理器就能够自由的调整它们的执行顺序，而且缓冲区能够在a之前刷新b的值到主内存。有许多潜在的重排序的来源，例如编译器，JIT以及缓冲区。
编译器，运行时和硬件被期望一起协力创建好像是顺序执行的语义的假象，这意味着在单线程的程序中，程序应该是不能够观察到重排序的影响的。但是，重排序在没有正确同步了的多线程程序中开始起作用，在这些多线程程序中，一个线程能够观察到其他线程的影响，也可能检测到其他线程将会以一种不同于程序语义所规定的执行顺序来访问变量。
大部分情况下，一个线程不会关注其他线程正在做什么，但是当它需要关注的时候，这时候就需要同步了。
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没有正确同步的含义是什么？
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没有正确同步的代码对于不同的人来说可能会有不同的理解。在Java内存模型这个语义环境下，我们谈到“没有正确同步”，我们的意思是：
1.一个线程中有一个对变量的写操作，
2.另外一个线程对同一个变量有读操作，
3.而且写操作和读操作没有通过同步来保证顺序。
当这些规则被违反的时候，我们就说在这个变量上有一个“数据竞争”(data race)。一个有数据竞争的程序就是一个没有正确同步的程序。
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happens before原则
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新的内存模型语义在内存操作（读取字段，写入字段，锁，解锁）以及其他线程的操作（start 和 join）中创建了一个部分排序，在这些操作中，一些操作被称为happen before其他操作。当一个操作在另外一个操作之前发生，第一个操作保证能够排到前面并且对第二个操作可见。这些排序的规则如下：
线程中的每个操作happens before该线程中在程序顺序上后续的每个操作。
解锁一个监视器的操作happens before随后对相同监视器进行锁的操作。
对volatile字段的写操作happens before后续对相同volatile字段的读取操作。
线程上调用start()方法happens before这个线程启动后的任何操作。
一个线程中所有的操作都happens before从这个线程join()方法成功返回的任何其他线程。（注意思是其他线程等待一个线程的jion()方法完成，那么，这个线程中的所有操作happens before其他线程中的所有操作）
这意味着：任何内存操作，这个内存操作在退出一个同步块前对一个线程是可见的，对任何线程在它进入一个被相同的监视器保护的同步块后都是可见的，因为所有内存操作happens before释放监视器以及释放监视器happens before获取监视器。
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volatile是干什么用的
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Volatile字段是用于线程间通讯的特殊字段。每次读volatile字段都会看到其它线程写入该字段的最新值；实际上，程序员之所以要定义volatile字段是因为在某些情况下由于缓存和重排序所看到的陈旧的变量值是不可接受的。
编译器和运行时禁止在寄存器里面分配它们。它们还必须保证，在它们写好之后，它们被从缓冲区刷新到主存中，因此，它们立即能够对其他线程可见。
相同地，在读取一个volatile字段之前，缓冲区必须失效，因为值是存在于主存中而不是本地处理器缓冲区。
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为什么我需要关注java内存模型
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为什么你需要关注java内存模型？并发程序的bug非常难找。它们经常不会在测试中发生，而是直到你的程序运行在高负荷的情况下才发生，非常难于重现和跟踪。
你需要花费更多的努力提前保证你的程序是正确同步的。这不容易，但是它比调试一个没有正确同步的程序要容易的多。