Java 内存模型（Java Memory Model，简称 JMM）是并发编程中至关重要的一部分，它定义了在多线程环境下变量的可见性、有序性与原子性等关键行为。下面我们从基础到进阶，带你理解 JMM 的核心机制。

一、什么是 Java 内存模型？

JMM 是 Java 虚拟机（JVM）中关于多线程共享内存访问的规范，它描述了：

  • 各线程如何将变量从主内存拷贝到工作内存
  • 变量在何时对其他线程可见
  • 编译器与 CPU 可进行哪些指令重排序优化

JMM 并不是真实存在的一块内存，而是一种抽象规范。

二、JMM 的关键概念

1. 主内存与工作内存

  • 主内存（Main Memory）：所有线程共享的区域，保存所有变量的真实值。
  • 工作内存（Working Memory）：每个线程私有，保存变量的副本。

线程操作变量流程如下：

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主内存 ←→ 工作内存 ←→ 执行引擎

2. 可见性

当一个线程修改了变量，必须刷新回主内存，否则其他线程看不到这个修改。
使用 volatile 可以保证可见性。

3. 有序性

编译器和处理器会对代码进行指令重排序，但 JMM 保证：

  • 单线程内语义不变
  • volatile、synchronized 和 final 可以部分禁止重排序

4. 原子性

基本数据类型的读写是原子性的，除非是 long 或 double（Java 5 之前）。
原子类如 AtomicInteger 则通过 CAS 实现更高层次的原子性。

三、JMM 中的 happens-before 规则

happens-before 是 JMM 保证线程安全的核心规则。如果一个操作 A happens-before B，那么 A 的结果对 B 可见，且 A 的执行在 B 之前。

常见的规则包括：

  1. 程序顺序规则：单线程中操作按代码顺序执行。
  2. 监视器锁规则：解锁 unlock 先于加锁 lock。
  3. volatile 变量规则：写 volatile 先于读 volatile。
  4. 线程启动规则：Thread.start() 先于新线程所有操作。
  5. 线程终止规则：线程所有操作先于 Thread.join() 返回。
  6. 传递性：A happens-before B，B happens-before C ⇒ A happens-before C。

四、关键字与内存模型的关系

1. volatile

  • 禁止指令重排序
  • 保证变量对所有线程可见
  • 不保证原子性

2. synchronized

  • 保证可见性和原子性
  • 同步代码块有入口和退出的内存屏障，线程进入临界区时必须读取主内存，退出时必须写回主内存

3. final

  • 保证被赋值后对象引用不可更改
  • 在构造函数中正确设置 final 字段能确保构造完成后对其他线程可见

五、典型示例分析

错误示例（未加 volatile）：

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class Example {
    boolean flag = false;

    public void run() {
        while (!flag) {
            // do something
        }
    }

    public void stop() {
        flag = true;
    }
}

可能出现的问题：主线程修改了 flag，子线程由于缓存没有同步，导致死循环。

正确写法：

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volatile boolean flag = false;

六、总结

特性 普通变量 volatile synchronized
原子性 ❌ ❌ ✅
可见性 ❌ ✅ ✅
有序性控制 ❌ ✅（部分） ✅

Java 内存模型看似抽象，但在并发编程中起着决定性的作用。如果你在多线程中遇到“看不懂的行为”，十有八九和 JMM 脱不开关系。

以上内容如果有理解不清的地方，欢迎大家留言交流、批评指正~ 咱们继续修炼 Java 的内功心法 🔥！