并发编程中的两个问题：线程之间如何通信及线程之间如何同步。

通信是指线程之间以何种机制来交换信息。在命令式编程中，线程之间的通信有两种，共享内存和消息传递。

在共享内存的并发模型中，线程之间共享程序的公共状态，通过写-读内存中的公共状态进行隐式通信。在消息传递的并发模型里，线程之间没有公共状态，线程之间必须通过发送消息来显式进行通信。

同步是指程序中用于控制不同线程间操作发生相对顺序的机制。在共享内存并发模型里，同步是显式进行的。程序员必须显式地指定某个方法或某段代码需要在线程之间互斥执行。在消息传递的并发模型里，由于消息的发送必须在消息的接收之前，因此同步是隐式进行的。

Java的并发采用的是共享内存模型，Java线程之间的通信总是隐式的进行，整个通信过程对程序员完全透明。

一、Java内存模型的抽象结构

在Java中，所有实例域、静态域和数组元素都存储在堆内存中，堆内存在线程之间共享。局部变量，方法定义参数和异常处理不会在线程之间共享，他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中，每个线程都有一个私有的本地内存，本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存时JMM的一个抽象概念，并不真实存在。他涵盖了缓存、写缓冲区、寄存器以及其他的硬件和编译器优化。Java内存模型的抽象如下：

如果线程1和线程2通信：线程1把本地内存x1中更新过的共享变量刷新到主内存中去；线程2到主内存中去读取线程1之前更新过的共享变量。

二、从源代码到指令序列的重排序

在执行程序时，为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令做重排序。重排序分为3种。

1）编译器优化的重排序。编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序。

2）指令级并行的重排序。现代处理器采用了指令级并行技术来将多条指令重叠执行。如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序。

3）内存系统的重排序。用于处理器使用缓存和读/写缓冲区，这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行。

源代码——》1编译器优化重排——》2指令级并行重排序——》3内存系统重排序——》最终执行的指令序列

对于编译器，JMM的编译器重排序规则会禁止特定类型的编译器重排序。对于处理器重排序，JMM的处理器重排序规则会要求Java编译器在生成指令序列时，插入特定类型的内存屏障指令，通过内存屏障指令来禁止特定类型的处理器重排序。

JMM属于语言级的内存模型，他确保在不同的编译器和不同的处理器平台上，通过禁止特定类型的编译器重排序和处理器重排序，为程序员提供一致的内存可见性保证。

三、happens-before

在JMM中，如果一个操作执行的结果需要对另一个操作可见，那么这两个操作之间必须要存在happens-before关系。这里提到的两个操作可以是在一个线程之间，也可以是在不同的线程之间。与程序员相关的happens-before规则如下：

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

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。

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。

传递性：如果A happens-before B,且B happens-before C，那么A  happens-before C.

两个操作之间具有happens-before关系，并不意味着前一个操作必须要在后一个操作之前执行！happens-before仅仅要求前一个操作（执行的结果）对后一个操作可见，且前一个操作按顺序排在第二个操作之前。

一个happens-before规则对应于一个或多个编译器重排序规则。对于Java程序员来说，happens-before规则简单易懂，它避免Java程序员为了理解JMM提供的内存可见性保证而去学习复杂的重排序规则及这些规则的具体实现方法。