1. Java 内存模型到底是什么玩意？
内存模型可以理解为在特定的操作协议下，对特定的内存或高速缓存进行读写访问的过程抽象。不同架构的CPU 有不同的内存模型。
Java 作为跨平台语言，肯定要屏蔽不同CPU内存模型的差异，构造自己的内存模型，这就是Java 的内存模型。实际上，根源来自硬件的内存模型。
还是看这个图片，Java 的内存模型和硬件的内存模型几乎一样，每个线程都有自己的工作内存，类似CPU的高速缓存，而 java 的主内存相当于硬件的内存条。
Java 内存模型也是抽象了线程访问内存的过程。
JMM（Java 内存模型）规定了所有的变量都存储在主内存（这个很重要）中，包括实例字段，静态字段，和构成数据对象的元素，但不包括局部变量和方法参数，因为后者是线程私有的。不会被共享。自然就没有竞争问题。
什么是工作内存呢？每个线程都有自己的工作内存（这个很重要），线程的工作内存保存了该线程使用到的变量和主内存副本拷贝，线程对变量的所有操作（读写）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。不同的线程之间也无法访问对方工作内存中的变量。线程之间变量值的传递均需要通过主内存来完成。
总结一下，Java 内存模型定义了两个重要的东西，1.主内存，2.工作内存。每个线程的工作内存都是独立的，线程操作数据只能在工作内存中计算，然后刷入到主存。这是 Java 内存模型定义的线程基本工作方式。
2. Java 内存模型定义了哪些东西？
实际上，整个 Java 内存模型围绕了3个特征建立起来的。这三个特征是整个Java并发的基础。
原子性，可见性，有序性。
原子性（Atomicity）
什么是原子性，其实这个原子性和事务处理中的原子性定义基本是一样的。指的是一个操作是不可中断的，不可分割的。即使在多个线程一起执行的时候，一个操作一旦开始，就不会被其他线程干扰。
我们大致可以认为基本数据类型的访问读写是具备原子性的（但是，如果你在32位虚拟机上计算 long 和 double 就不一样了），因为 java 虚拟机规范中，对 long 和 double 的操作没有强制定义要原子性的，但是强烈建议使用原子性的。因此，大部分商用的虚拟机基本都实现了原子性。
如果用户需要操作一个更到的范围保证原子性，那么，Java 内存模型提供了 lock 和 unlock （这是8种内存操操作中的2种）操作来满足这种需求，但是没有提供给程序员这两个操作，提供了更抽象的 monitorenter 和 moniterexit 两个字节码指令，也就是 synchronized 关键字。因此在 synchronized 块之间的操作都是原子性的。
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回主内存，在变量读取前从主内存刷新变量值，这种依赖主内存作为传递媒介的方式来实习那可见性的。无论是普通变量还是 volatile 变量都是如此。他们的区别在于：volatile 的特殊规则保证了新值能立即同步到主内存，以及每次是使用前都能从主内存刷新，因此，可以说 volatile 保证了多线程操作时变量的可见性，而普通变量则不能保证这一点。
除了 volatile 之外， synchronized 和 final 也能实现可见性。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种（执行 store， write 操作）。
有序性（Ordering）
有序性这个问题我们在最上面说硬件的时候说过，CPU 会调整指令顺序，同样的 Java 虚拟机同样也会调整字节码顺序，但这种调整在单线程里时感知不到的，除非在多线程程序中，这种调整会带来一些意想不到的错误。
Java 提过了两个关键字来保证多个线程之间操作的有序性，volatile 关键字本身就包含了禁止重排序的语义，而 synchronized 则是由 “一个变量同一时刻只允许一条线程对其进行 lock 操作”这个规则获得的。这条规则决定了同一个锁的两个同步块只能串行的进入。
好了，介绍完了 JMM 的三种基本特征。不知道大家有没有发现，volatile 保证了可见性和有序性，synchronized 则3个特性都保证了，堪称万能。而且 synchronized 使用方便。但是，仍然要警惕他对性能的影响。
3. Java内存模型引出的 Happen-Before 原则是什么？
说到有序性，注意，我们说有序性可以通过 volatile 和 synchronized 来实现，但是我们不可能所有的代码都靠这两个关键字。实际上，Java 语言已对重排序或者说有序性做了规定，这些规定在虚拟机优化的时候是不能违背的。
1. 程序次序原则：一个线程内，按照程序代码顺序，书写在前面的操作先发生于书写在后面的操作。
2. volatile 规则：volatile 变量的写，先发生于读，这保证了 volatile 变量的可见性。
3. 锁规则：解锁（unlock） 必然发生在随后的加锁（lock）前。
4. 传递性：A先于B，B先于C，那么A必然先于C。
5. 线程的 start 方法先于他的每一个动作。
6. 线程的所有操作先于线程的终结。
7. 线程的中断（interrupt（））先于被中断的代码。
8. 对象的构造函数，结束先于 finalize 方法。
4. Happen-Before 引出的 volatile 又是什么？
我们在前面，说了很多的 volatile 关键字，可见这个关键字非常的重要，但似乎他的使用频率比 synchronized
少多了，我们知道了这个关键字可以做什么呢？
volatile 可以实现线程的可见性，还可以实现线程的有序性。但是不能实现原子性。
我们还是直接写一段代码吧！
package cn.think.in.java.two; /** * volatile 不能保证原子性，只能遵守 hp 原则 保证单线程的有序性和可见性。 */ public class MultitudeTest { static volatile int i = 0; static class PlusTask implements Runnable { @Override public void run() { for (int j = 0; j < 10000; j++) { // plusI(); i++; } } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread[] threads = new Thread[10]; for (int j = 0; j < 10; j++) { threads[j] = new Thread(new PlusTask()); threads[j].start(); } for (int j = 0; j < 10; j++) { threads[j].join(); } System.out.println(i); } // static synchronized void plusI() { // i++; // } }
我们启动了10个线程分别对一个 int 变量进行 ++ 操作，注意，++ 符号不是原子的。然后，主线程等待在这10个线程上，执行结束后打印 int 值。你会发现，无论怎么运行都到不了10000，因为他不是原子的。怎么理解呢？
i++ 等于 i = i + 1；
虚拟机首先读取 i 的值，然后在 i 的基础上加1，请注意，volatile 保证了线程读取的值是最新的，当线程读取 i 的时候，该值确实是最新的，但是有10个线程都去读了，他们读到的都是最新的，并且同时加1，这些操作不违法 volatile 的定义。最终出现错误，可以说是我们使用不当。
楼主也在测试代码中加入了一个同步方法，同步方法能够保证原子性。当for循环中执行的不是i++，而是 plusI 方法，那么结果就会准确了。
volatile 确实不能保证原子性，但是能保证有序性和可见性。那么是怎么实现的呢？
怎么保证有序性呢？实际上，在操作 volatile 关键字变量前后的汇编代码中，会有一个 lock 前缀，根据 intel IA32 手册，lock 的作用是 使得 本 CPU 的Cache 写入了内存，该写入动作也会引起别的CPU或者别的内核无效化其Cache，别的CPU需要重新获取Cache。这样就实现了可见性。可见底层还是使用的 CPU 的指令。
如何实现有序性呢？同样是lock 指令，这个指令还相当于一个内存屏障（大多数现代计算机为了提高性能而采取乱序执行，这使得内存屏障成为必须。语义上，内存屏障之前的所有写操作都要写入内存；内存屏障之后的读操作都可以获得同步屏障之前的写操作的结果。因此，对于敏感的程序块，写操作之后、读操作之前可以插入内存屏障），指的是，重排序时不能把后面的指令重排序到内存屏障之前的位置。只有一个CPU访问内存时，并不需要内存屏障；但如果有两个或者更多CPU访问同一块内存，且其中有一个在观测另一个，就需要内存屏障来保证了。
因此请不要随意使用 volatile 变量，这会导致 JIT 无法优化代码，并且会插入很多的内存屏障指令，降低性能。
5.使用volatile关键字的场景
class Singleton{ private volatile static Singleton instance = null; private Singleton() { } public static Singleton getInstance() { if(instance==null) { synchronized (Singleton.class) { if(instance==null) instance = new Singleton(); } } return instance; } }
至于为何需要这么写请参考：《Java 中的双重检查（Double-Check）》 http://www.iteye.com/topic/652440
6. 总结
首先 JMM 是抽象化了硬件的内存模型（使用了多级缓存导致出现缓存一致性协议），屏蔽了各个 CPU 和操作系统的差异。
Java 内存模型指的是：在特定的协议下对内存的访问过程。也就是线程的工作内存和主存直接的操作顺序。
JMM 主要围绕着原子性，可见性，有序性来设置规范。
synchronized 可以实现这3个功能，而 volatile 只能实现可见性和有序性。final 也能是实现可见性。
Happen-Before 原则规定了哪些是虚拟机不能重排序的，其中包括了锁的规定，volatile 变量的读与写规定。
而 volatile 我们也说了，不能保证原子性，所以使用的时候需要注意。volatile 底层的实现还是 CPU 的 lock 指令，通过刷新其余的CPU 的Cache 保证可见性，通过内存栅栏保证了有序性。
volatile关键字内存栅栏有两层意思：
1）当程序执行到volatile变量的读操作或者写操作时，在其前面的操作的更改肯定全部已经进行，且结果已经对后面的操作可见；在其后面的操作肯定还没有进行；
2）在进行指令优化时，不能将在对volatile变量访问的语句放在其后面执行，也不能把volatile变量后面的语句放到其前面执行。
下面这篇文章从实战角度专门探索 volatile 关键字原理
并发编程之volatile 关键字白话文解读_击水三千里的专栏-CSDN博客
