引言
在計算機系統的發展過程中，由於CPU的運算速度和計算機存儲速度之間巨大的差距。為了解決CPU的運算速度和計算機存儲速度之間巨大的差距，設計人員在CPU和計算機存儲之間加入了高速緩存來做為他們之間的橋梁，在運算時，先將數據拷貝到高速緩存中，計算完成后再將結果寫入計算機存儲，這樣大大提高了計算效率，避免重復多次訪問計算機存儲造成的cpu資源浪費。
盡管這樣，CPU還是存在很多空閑的時間段，為了壓榨CPU的性能，多任務處理誕生了，同時多任務處理導致任務之間共享資源的爭搶，從而引發了並發問題。
在Java應用程序中，為了更好的解決並發問題，就必須深入理解Java內存模型。Java內存模型是Java虛擬機非常重要的一部分，它用來指導Java虛擬機是如何與計算機硬件內存之間協同工作的。在了解Java內存模型之前，我們先來看看計算機硬件內存模型是怎么樣的。
硬件內存模型
現代計算機通常有2個或以上的CPU，單個CPU可能有多個內核。每個CPU內核中都包含一組寄存器，CPU在寄存器中執行操作比在計算機主存儲器中快的多。
同時每個CPU之上還存在高速緩存，但高速緩存的層級和位置是不固定的，現代計算機的緩存層級很多達到了三級，未來可能更多。緩存的位置也各有不同，有的集成了部分緩存到CPU中。 同樣，緩存的讀寫速度也大大快於計算機主存儲器，在寄存器和主存儲器之間，這樣的CPU--緩存--主存儲的三層結構就構成了硬件內存模型。
CPU在程序的執行過程中，經常會頻繁的調用相同的數據，比如在一個循環內調用了位於另外一個物理地址的函數，這個函數可能與當前指令的物理位置相距甚遠，因為程序使用的物理內存並不是連續的，這就導致了需要花費很多不必要的時間在物理尋址上。但如果在CPU計算之前會將所需要用到的數據先讀到緩存中，計算完成之后再一次性寫入計算機主存儲器，就可以避免頻繁訪問計算機主存儲器造成的資源浪費。
Java內存模型
上面說了計算機的硬件內存模型，Java內存模型和硬件內存模型有很多類似的地方。由於存在不同的計算機操作系統類型和硬件類型，導致各種平台下物理內存模型的不一致。為了讓Java上層開發有一個統一的內存訪問操作，保證多線程對共享數據的讀寫一致性，JVM規范定義了Java內存模型（Java Memory Model JMM）。
JMM通過happens-before語義（篇幅有限，后面的文章再詳細解說）定義了Java對數據的統一訪問規則。這些數據主要包括實例字段，靜態字段和構成數組的元素，但不包括局部變量、方法參數和異常處理參數，因為局部變量和方法參數是線程私有的，不存在數據競爭問題。
引用類型比較特殊，引用本身是線程私有的，但它引用的對象是可被共享的。
JMM還規定了所有的變量都存儲在主內存中（Main Memory），同時每個線程有自己的本地內存（Local Meory,也叫工作內存），本地內存中保存了所需要用到的主內存數據的拷貝。線程對變量的讀和寫都在本地內存中進行。
是不是發現JMM和硬件內存模型存在很多相似之處？主內存對應計算機主存儲，本地內存對應高速緩存。但要知道它們雖然可以類比，卻並不是相同的東西。
本地內存僅僅是JMM的一個抽象概念，實際上JVM中並不存在這樣一個區域來對應，這個區域在廣義上可以包括緩存、寄存器以及其他的硬件和編譯器優化等等。這句話可能聽起來比較難懂，我們只需要知道線程對共享變量的操作並不會直接訪問主內存，而是訪問一個中間層，這個中間層包含了主內存中變量的拷貝，同時中間層的訪問速度大大快於訪問主內存的速度，在一定的操作之后將結果統一寫回主內存，這樣就大大提高了程序的性能。
同時也會產生另外一個問題，同一個共享變量在每一個線程之中都會有一份拷貝（對引用類型，並不是拷貝全部數據），產生的線程越多，緩存開銷也就越大。
JVM內存模型
JVM內存模型定義的是線程堆棧和堆之間的內存划分，它和Java內存模型是有區別的，參照《深入理解Java虛擬機》中的解釋：
這兩者本沒有關系。如果一定要勉強對應，那從變量、主內存、工作內存的定義來看，主內存主要對應於Java堆中的對象實例數據部分，而工作內存則對應於虛擬機棧中的部分區域。從更低層次上說，主內存就是物理內存，而為了獲取更好的執行速度，虛擬機（甚至是硬件系統本身的優化措施）可能會讓工作內存優先存儲於寄存器和高速緩存中，因為運行時主要訪問——讀寫的是工作內存。
所有的原始類型（boolean,byte,short,char,int,long,float,double）局部變量都存儲在線程堆棧中，不對其他線程共享。堆中則包含了Java程序中創建的對象。
舉個例子：
public class MemoryModel {
public int i = 0;
public void methodOne() {
int localVarOne = 1;
SharedObject localVarTwo = SharedObject.sharedObject;
Integer localVarThree = new Integer(1);
}
}
public class SharedObject {
pubic static SharedObject sharedObject = new SharedObject();
public int sharedVarOne = 1;
}
代碼中局部變量localVarOne存儲在線程堆棧中。局部變量localVarTwo的引用存儲在線程堆棧中，但對象本身存儲在堆上。局部變量localVarThree同localVarTwo一樣，引用存儲在線程堆棧中，但對象本身存儲在堆上。不同的是多線程執行methodOne方法時，localVarTwo由於是靜態類型，在堆中只有一份數據，而localVarThree在堆和堆棧中都有多份數據。局部變量對象的成員變量sharedVarOne也存儲在堆上，無論sharedVarOne是基本類型還是引用類型都是如此。
參考資料：
《深入理解Java內存模型》
《深入理解Java虛擬機》
《Java並發編程的藝術》
http://tutorials.jenkov.com/java-concurrency/java-memory-model.html