Java内存模型的主要目标是定义程序中的各个变量的访问规则，即在虚拟机中将变量存储到内存和从内存中取出变量这样的底层细节。此处的变量跟java编程中的变量有一定的区别，它包括实例字段、静态字段和构成数组对象的元素，但不包括局部变量与方法参数，因为后者是线程私有的，不会被共享，自然不存在竞争问题。
主内存和工作内存
这里说的主内存和java内存区域中的java堆、栈、方法区并不是一个同一个层次的内存划分，基本没有关系。如果非要对应起来，主内存应该对应于java堆中的对象实例数据部分，而工作内存则对应于虚拟机栈中的部分区域。
上图是Java虚拟机运行时数据区，可以看到「虚拟机栈」是线程隔离的区域，即线程私有，「java堆」是所有线程共享的。
再次回到主内存和工作内存，Java内存模型规定了所有变量都存储在主内存中，每条线程有自己的工作内存，线程的工作内存保存了被该线程用到的变量的主内存副本拷贝。
线程对变量所有的操作都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存中的变量，不同的线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成。线程、主内存、工作内存三者关系如下图：
内存间交互操作
内存间原子操作
关于主内存和工作内存之间具体的交互协议，即一个变量如何从主内存拷贝到工作内存，如何从工作内存同步会主内存之类的细节。JMM定义了8种操作来完成，虚拟机实现时必须保证每一种操作都是原子的不可再分的。如下：
- lock（锁定），作用于主内存的变量，把一个变量标识为线程独占的状态。
- unlock（解锁），作用于主内存的变量，把一个处于锁定状态的变量释放出来。
- read（读取），作用于主内存的变量,把变量的值从主内存传输到线程的工作内存，方便随后的load
- load（载入），作用于工作内存的变量，把read操作得到的值放入到工作内存变量的副本中。
- use（使用），作用于工作内存的变量，把工作内存中一个变量的值传递给执行引擎，每次虚拟机遇到需要用到变量值的指令时都会执行该操作。
- assign（赋值），作用于工作内存的变量，把执行引擎接收到的值赋给工作内存的变量。
- store（存储），作用于工作内存的变量，把工作内存变量的值传送到主内存，方便随后的write。
- write（写入），作用于主内存的变量，把store从工作内存得到的值放入主内存的变量中。
操作规则
如果把一个变量从主内存复制到工作内存，就要顺序执行read和load操作，如果要把变量从工作内存同步回主内存，就要顺序执行store和write操作。注意，java内存模型只要求上述两个操作必须按顺序执行，而且没有保证是连续执行。
除此之外，java内存模型还规定了在执行8种操作必须满足的规则（这些了解就行），如下所示：
- 不允许read和load， store和write操作之一单独出现，即不允许一个变量从主内存读取了但工作内存不接受，或者从工作内存发起会写了但主内存不接受的情况出现。
- 不允许一个线程丢弃它最近的assign操作，即变量在工作内存中改变了之后必须把该变化同步回主内存。
- 不允许一个线程无原因地(没有发生任何assign操作)把数据从线程的工作内存同步回主内存中。
- 一个新的变量只能在主内存中“诞生”，不允许在工作内存中直接使用一个未被初始化(load或assign)的变量，换句话说就是对一个变量实施use和store操作之前，必须先执行了load和assign操作。
- 一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行lock操作，但lock操作可以被同一条线程重复执行多次，多次执行lock后，只有执行相同次数的unlock操作，变量才会被解锁。
- 如果对一个变量执行lock操作，将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，需要重新执行load操作初始化变量的值。
- 如果一个变量事先没有被lock操作锁定，则不允许对它执行unlock操作；也不允许unlock一个被其它线程锁定住的变量。
- 对一个变量执行unlock之前，必须先把此变量同步回主内存中。
虽然这种定义相当严谨，但是繁琐麻烦，于是在后面会有一种等效却更加简单的规则，来确定在并发的情况下哪些操作是安全的，叫做happens-before原则。
原子性、可见性和有序性
说完Java内存模型的相关操作和规则，再来回顾下这个模型的特征。Java内存模型是围绕着在并发过程中如何处理原子性、可见性和有序性这3个特征来建立的，我们来看下哪些操作实现了这3个特性。
原子性（atomicity）
由Java内存模型来直接保证原子性变量操作包括read, load, assign, use, store和write。大致可以认为基本数据类型的访问读写是具有原子性的。如果应用场景需要一个更大范围的原子性保证，Java内存模型还提供了lock和unlock操作来满足需求，尽管虚拟机没有把lock和unlock操作直接开放给用户使用，但是却提供了更高层次的字节码指令monitorenter和monitorexit来隐式地使用这两个操作，这两个字节码指令反映到Java代码中就是同步块——synchronized关键字，因此在synchronized块之间的操作也具备原子性。
可见性（visibility）
可见性是指当一个线程修改了共享变量的值，其他线程能够立即得知这个修改。Java内存模型是通过在变量修改后将新值同步到主内存，无论是普通变量还是volatile变量都是如此，普通变量与volatile变量的区别是，volatile的特殊规则保证了新值能立即同步到主内存，以及每次使用前立即从主内存刷新。因此，可以说volatile保证了多线程操作时变量的可见性，而普通变量不能保证这一点。
除了volatile之外，Java还有两个关键字能实现可见性，即synchronized和final。同步块的可见性是由“对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步回主内存中”这条规则获得的，而final关键字的可见性是指：被final修饰的字段在构造器中一旦初始化完成，并且构造器没有把”this”的引用传递出去（this引用逃逸是一件很危险的事情，其他线程有可能通过这个引用访问到“初始化了一半”的对象），那在其他线程中就能看见final字段的值。
有序性（Ordering）
Java程序天然的有序性可以总结为一句话：如果本线程内观察，所有的操作都是有序的；如果在一个线程中观察另一个线程，所有的操作都是无序的。前半句是指“线程内表现为串行的语义”，后半句是指“指令重排序”现象和“工作内存与主内存同步延迟”现象。
Java语言提供了volatile和synchronized两个关键字来保证线程之间操作的有序性，volatile关键字本身就包含了禁止指令重排序的语义，而synchronized则是由“一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作”这条规则获得的，这条规则决定了持有同一个锁的两个同步块只能串行地进入。
通过以上三点可以发现，synchronized关键字、Lock对象同时支持原子性、有序性和可见性，看起来是万能的，因此也经常会在多线程被滥用。volatile关键字只支持可见性和有序性，并不保证原子性，详细内容参见深入理解JVM之volatile变量。
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