Java Memory Model 意外行为：求教JSR-133规范中该类合法表现的原理

你所贴的示例是JMM领域的经典测试用例，场景为两个共享变量a、b初始值均为0，存在两个执行线程：

• 线程1执行操作：a = 1 → x = b
• 线程2执行操作：b = 1 → y = a

这类运行结果被JSR-133规范允许的核心原因有两个：

1. 合法的指令重排序优化 #

JMM的设计原则是，只要不改变单线程环境下的程序执行结果，编译器、CPU都可以对指令序列做重排序优化。
对于线程1来说，a=1和x=b两个操作不存在数据依赖，重排序两者的执行顺序不会影响线程1单独运行的结果，因此完全允许被调整为x = b先执行，a = 1后执行；同理线程2的操作也可以被重排序为y = a先执行，b = 1后执行。
这种情况下的执行时序可能为：

1. 线程1执行x = b，此时b还未被赋值，x取初始值0
2. 线程2执行y = a，此时a还未被赋值，y取初始值0
3. 线程1执行a = 1
4. 线程2执行b = 1
   最终就会出现x=0且y=0的结果。

2. 工作内存与主内存的可见性延迟 #

就算没有发生指令重排序，JMM定义的内存模型中，每个线程都有独立的工作内存，线程对变量的修改会先写入自己的工作内存，默认不会立即同步到主内存，也不会主动推送更新给其他线程的工作内存。
这种情况下的执行时序可能为：

1. 线程1执行a = 1，修改仅存在于线程1的工作内存中，未同步到主内存
2. 线程2执行b = 1，修改仅存在于线程2的工作内存中，未同步到主内存
3. 线程1执行x = b，从主内存读取b的值，拿到初始值0
4. 线程2执行y = a，从主内存读取a的值，拿到初始值0
   最终同样会得到x=0且y=0的结果。

JSR-133允许这类行为的根本目的是为编译器、CPU留下足够的优化空间，提升程序的整体运行性能。如果要禁止这类结果出现，只需要给a、b变量加上volatile修饰符，就可以禁用相关指令重排序，同时保证变量修改的跨线程可见性，避免该问题。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Hlib