在多核系统中，处理器一般有一层或者多层的缓存，这些的缓存通过加速数据访问（因为数据距离处理器更近）和降低共享内存在总线上的通讯（因为本地缓存能够满足很多内存操作）来提高CPU性能。缓存能够大大提升性能，但是它们也带来了许多挑战。例如，当两个CPU同时检查相同的内存地址时会发生什么？在什么样的条件下它们会看到相同的值？

在处理器层面上，内存模型定义了一个充要条件：“让当前的处理器可以看到其他的处理器写入到内存数据”以及“其他处理器可以看到当前处理器写入到内存的数据”。有些处理器有很强的内存模型（strong memory model），能够让所有的处理器在任何时候任何指定的内存地址上都可以看到完全相同的值。而另外一些处理器则有较弱的内存模型（weaker memory model），在这种处理器中，必须使用内存屏障（一种特殊的指令）来刷新本地处理器缓存并使本地处理器缓存无效，目的是为了让当前处理器能够看到其他处理器的写操作或者让其他处理器能看到当前处理器的写操作。这些内存屏障通常在lock和unlock操作的时候完成。内存屏障在高级语言中对程序员是不可见的。

在强内存模型下，有时候编写程序可能会更容易，因为减少了对内存屏障的依赖。但是即使在一些最强的内存模型下，内存屏障仍然是必须的。设置内存屏障往往与我们的直觉并不一致。进来处理器设计的趋势更倾向于弱的内存模型，因为弱内存模型削弱了缓存一致性，所以在多处理器平台和更大容量的内存下可以实现更好的可伸缩性。

“一个线程的写操作对其他线程可见”这个问题是因为编译器对代码进行重排序导致的。例如，只要代码移动不会改变程序的语义，当编译器认为程序中移动一个写操作到后面会更有效的时候，编译器就会对代码进行移动。如果编译器推迟执行一个操作，其他线程可能在这个操作执行完之前都不会看到该操作的结果，这反应了缓存的影响。

此外，写入内存的操作能够被移动到程序里更前的时候。在这种情况下，其他的线程在程序中可能看到一个比它实际发生更早的写操作。所有的这些灵活性的设计是为了通过给编译器，运行时或硬件灵活性使其性能在最佳顺序的情况下来执行操作。在内存模型的限定之内，我们能够获取到更高的性能。

哪个区域存放哪些内容

• 方法区：各个线程的共享区域，用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。习惯在Hotspot虚拟机上的开发者很多人把方法区成为“永久代”。
• 虚拟机栈：线程私有的，描述的是Java方法执行的内存模型，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口灯信息。每一个方法从调研直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。局部变量表存放了编译器可知的各种基本数据类型、对象引用和redurnAddress类型。如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展，扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。
• 本地方法栈：与虚拟机栈类似，但是本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。
• 堆：对于大多数应用来说，Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一的目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。是垃圾收集器管理的主要区域。
• 程序计数器：一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
• 直接内存：直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。JDK 1.4中新加入了NIO类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。