Java内存模型（Java Memory Model，JMM）是一种抽象的概念，它定义了Java虚拟机（JVM）在计算机内存中如何执行操作，尤其是在并发编程中，如何处理多线程之间的交互、同步以及数据一致性问题。JMM解决了并发编程中的内存可见性、原子操作、有序性等问题，并提供了一套机制来控制这些行为。

以下是Java内存模型的几个主要组成部分：

主内存与工作内存

在java中，所有实例域、静态域和数组元素存储在堆内存中，堆内存在线程之间共享。局部变量（Local variables），方法定义参数（java语言规范称之为formal method parameters）和异常处理器参数（exception handler parameters）不会在线程之间共享，它们不会有内存可见性问题，也不受内存模型的影响。

Java线程之间的通信由Java内存模型（简称为JMM）控制，JMM决定一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见。从抽象的角度来看，JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存（main memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（local memory），本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化。Java内存模型的抽象示意图如下：

线程A与线程B之间如要通信的话，必须要经历下面2个步骤：首先，线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。然后，线程B到主内存中去读取线程A之前已更新过的共享变量。

如上图所示，本地内存A和B有主内存中共享变量x的副本。假设初始时，这三个内存中的x值都为0。线程A在执行时，把更新后的x值（假设值为1）临时存放在自己的本地内存A中。当线程A和线程B需要通信时，线程A首先会把自己本地内存中修改后的x值刷新到主内存中，此时主内存中的x值变为了1。随后，线程B到主内存中去读取线程A更新后的x值，此时线程B的本地内存的x值也变为了1。

从整体来看，这两个步骤实质上是线程A在向线程B发送消息，而且这个通信过程必须要经过主内存。JMM通过控制主内存与每个线程的本地内存之间的交互，来为java程序员提供内存可见性保证。

内存可见性

为了保证不同线程之间对共享变量操作的可见性，JMM提供了同步机制。当一个线程修改了共享变量的值，其它线程能够立即得知这个修改。常用的同步机制有：

1、synchronized：一个基于进入和退出监视器（monitor）的同步块。

2、volatile：一个轻量级的同步机制，可以确保变量的修改对所有线程立即可见，以及禁止指令重排序。

禁止重排序

JMM允许编译器和处理器对操作顺序进行重排序，以提高性能，但是在某些关键区域，JMM禁止这种重排序以保证代码的执行结果符合预期。通过插入特定类型的内存屏障（Memory Barriers），JMM能够在必要的时候阻止重排序。

happens-before

JMM把 happens-before 要求禁止的重排序分为了下面两类：

1、会改变程序执行结果的重排序。

2、不会改变程序执行结果的重排序。

JMM对这两种不同性质的重排序，采取了不同的策略，如下：

1、对于会改变程序执行结果的重排序，JMM要求编译器和处理器必须禁止这种重排序。

2、对于不会改变程序执行结果的重排序，JMM对编译器和处理器不做要求（JMM允许这种重排序）。

对happens-before关系的定义

1）如果一个操作happens-before另一个操作，那么第一个操作的执行结果将对第二个操作可见，而且第一个操作的执行顺序排在第二个操作之前。

2）两个操作之间存在happens-before关系，并不意味着Java平台的具体实现必须要按照happens-before关系指定的顺序来执行。如果重排序之后的执行结果，与按happens-before关系来执行的结果一致，那么这种重排序并不非法（也就是说，JMM允许这种重排序）。

happens-before规则

1）程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happens-before于该线程中的任意后续操作。

2）监视器锁规则：对一个锁的解锁，happens-before于随后对这个锁的加锁。

3）volatile变量规则：对一个volatile域的写，happens-before于任意后续对这个volatile域的读。

4）传递性：如果A happens-before B，且B happens-before C，那么A happens-before C。

5）start()规则：如果线程A执行操作ThreadB.start()（启动线程B），那么A线程的ThreadB.start()操作happens-before于线程B中的任意操作。

6）join()规则：如果线程A执行操作ThreadB.join()并成功返回，那么线程B中的任意操作happens-before于线程A从ThreadB.join()操作成功返回。