面试题：什么是 Java 内存模型（JMM）？

Java 内存模型（Java Memory Model, JMM） 是 Java 虚拟机（JVM）定义的一种规范，用于描述多线程环境下，线程如何与主内存和工作内存交互，以及如何保证线程之间的可见性、有序性和原子性。JMM 是 Java 并发编程的基础，它定义了线程之间的通信规则，确保多线程程序在不同平台上的行为一致。

1. JMM 的核心概念

JMM 主要围绕以下几个核心概念展开：

（1）主内存（Main Memory）

主内存是所有线程共享的内存区域，存储了所有的变量（实例字段、静态字段等）。
主内存是线程通信的桥梁。

（2）工作内存（Working Memory）

每个线程都有自己的工作内存，存储了线程对变量的副本。
线程对变量的所有操作（读取、赋值等）都在工作内存中进行，不能直接操作主内存。

（3）内存间的交互

线程通过以下操作与主内存交互：
- read：从主内存读取变量到工作内存。
- load：将读取的变量值放入工作内存的变量副本中。
- use：线程使用工作内存中的变量值。
- assign：线程将新的值赋给工作内存中的变量。
- store：将工作内存中的变量值写回主内存。
- write：将存储的变量值更新到主内存中。

2. JMM 的三大特性

JMM 的核心目标是解决多线程环境下的 可见性、有序性 和 原子性 问题。

（1）可见性（Visibility）

一个线程对共享变量的修改，能够及时被其他线程看到。
JMM 通过以下机制保证可见性：
- volatile 关键字：确保变量的修改对所有线程立即可见。
- synchronized 关键字：在释放锁之前，将工作内存中的变量刷新到主内存。
- final 关键字：确保构造器中的赋值操作对其他线程可见。

（2）有序性（Ordering）

程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。
JMM 通过以下机制保证有序性：
- volatile 关键字：禁止指令重排序。
- synchronized 关键字：确保同一时刻只有一个线程执行同步代码块。
- happens-before 规则：定义了一系列操作之间的先后顺序。

（3）原子性（Atomicity）

一个操作是不可分割的，要么全部执行成功，要么全部不执行。
JMM 通过以下机制保证原子性：
- synchronized 关键字：确保同步代码块的原子性。
- 原子类（如 AtomicInteger）：通过 CAS 操作保证原子性。

3. `happens-before` 规则

happens-before 是 JMM 中定义的一种偏序关系，用于描述操作之间的可见性和有序性。以下是常见的 happens-before 规则：

程序顺序规则：同一线程中的操作，前面的操作 happens-before 后面的操作。
锁规则：解锁操作 happens-before 后续的加锁操作。
volatile 规则：写 volatile 变量 happens-before 读 volatile 变量。
传递性规则：如果 A happens-before B，且 B happens-before C，那么 A happens-before C。

4. JMM 与硬件内存模型的关系

JMM 是一个抽象的概念，它屏蔽了底层硬件内存模型的差异（如 CPU 缓存、指令重排序等）。
JMM 通过定义统一的规则，确保 Java 程序在不同硬件平台上的一致性。

5. 示例

以下是一个简单的示例，展示了 volatile 关键字如何保证可见性：

public class VisibilityExample {
    private volatile boolean flag = false;

    public void writer() {
        flag = true; // 写操作
    }

    public void reader() {
        while (!flag) {
            // 等待 flag 变为 true
        }
        System.out.println("Flag is true");
    }
}

在这个例子中，volatile 确保了 writer() 线程对 flag 的修改对 reader() 线程立即可见。