1 CPU和内存
CPU和内存 是核心中的核心。 先上图：
一个CPU会有单个、或多个核。每个核都自己的寄存器、PC、ALU、缓存等。多个核之间共享L3缓存。与内存通过总线来传输。
晶体管组成逻辑门电路，CPU是几十亿个这样的逻辑门组成。能够非常快速的实现计算。 CPU：我只管做事，你只要输入数据，然后要我怎么做我很快就告诉你结果。但是如果你想让我自动的去做事，那么就需要内存了。 写程序就是在往内存存入指令（程序）和数据。CPU的本质很简单。就是不断的取指令做运算（通过逻辑电路），一直取到指令结束为止。
CPU根据PC（下一条指令的地址）从内存拿到数据，先存到寄存器。CPU有几十个（具体多少不用纠结）不同功能的寄存器。存到寄存器后，ALU(Arithmetic&logical Unit 逻辑运算单元)才开始真正的计算，就是用来逻辑处理的。 计算完成在写入到内存中去。 内存也叫主存。
单核CPU一次只能执行一个线程，切线程时需要把数据存到缓存cache、内存保存好。然后寄存器再去加载线程2的指令和数据。
超线程：四核八线程，即一个核对应两个pc、registers。 每一个CPU的核一个ALU 对应多个PC和Registers。 两个线程同时运行的时候，运算只通过ALU在PC和registers中（ALU非常非常快）去切换，避免线程切换导致的内存切换。
CPU和内存之间通过总线来通信。总线分为很多种。有地址总线、数据总线。
2 缓存行
cache line 缓存行 大小是64 Byte。如果总线宽是32则是 16个总线单位长；如果是64那就是8个总线长。 在内存中分好的。 CPU每一次读取一个cache line，然后存到L3,在存到L2，在存到L1，然后在到寄存器进行计算。
这也就解释了，为什么连续的存储空间数组比链表可以让CPU更高效率的执行！
2.1 缓存一致性协议 MESI Cache。
- m: modified 已修改
- e:exclude 独自拥有
- s:shared 共享，但都不改
- i:invalid 无效的
这是为了解决多核CPU间L1 L2缓存间的cache line数据不同步问题。 所以volatile是用来保证缓存一致性的。
如果变量x是volitale修饰的？
CPU1修改了缓存行中的数据x，那么会立即同步到主存,也就是内存。同时通过硬件缓存锁（或者总线锁）来通知CPU2，CPU2在读取最新数据到本身的L1/L2缓存中，最终到寄存器中。 注意： 单核CPU是不存在数据不可见的问题的。
但这会引发一个问题：
如果x和y都被volitale修饰，并且在同一个cache line中。而两个CPU分别读取了这x和y，那么会出现互相通知的情况，导致CPU被不断的中断刷新缓存和寄存器。从而性能下降。
那怎么解决呢？
通过在前后各添加7个long型的数据（56位），然后加上自己本身的long。总共就是64位，那么无论怎么分cache line，该数据都不会被分到同一行。
3 指令重排序
CPU对于指令是乱序执行的。 假设有指令1和指令2，当CPU执行指令1的时候（指令1是去内存读取数据比较慢，如读取IO数据或去内存读数据），此时CPU处于读等待状态，为了不浪费性能，CPU会检测指令2 ，如果指令2跟指令1没有依赖关系，那么会执行指令2。从而出现指令2比指令1先执行了。
本质就是一系列有顺序的指令。但是其中有的指令之间没有依赖关系，是可以在读等待装填去执行的。出现了并发乱序执行。
从java层看似一个操作，实则到汇编指令的时候是分了三步走的。
java建立对象的汇编指令Object t= new Object();分三步走：
- 分配内存
- 初始化
- 建立关联
4 原码、补码、反码
首先要正确理解他们的作用！
计算机存储和识别的都是补码。 为什么？因为计算机只想做加法操作。不管是减法还是乘法、除法，我都通过加法规则来完成。
但是，如果是负数，那么补码就不是它表面看起来的值。
例如：有符号数：111 按照我们第一印象就是1负数，11是值，所以这个数是-3。 这样理解是错误的！
我们要知道，这是计算机的补码。真正的数值是多少计算机内部是知道的，但是我们此时看不出来！
因此，需要转成原码，然后计算成十进制。 补码111-->反码是110-->原码是001-->1-->添加负号：-1。 所以，真正的值是-1。 具体转换规则是怎么样的，接着往下看。
因此，原码和反码都只是工具，都是为了推导出补码而存在的。计算机根本不管这个！
此外，原码、补码都是针对负数才有意义！正数根本不需要！
原码：方便给人计算，查看真正的值。
反码：推导过程的中间一环而已（对原码除符号位外，取反得到反码）
补码：计算机真正需要的东西，只能识别它！存储它！（对反码+1得到补码）
4.1 原码到补码的过程
- +1
- 除了符号位，按位取反
4.1 补码到原码的过程
- -1
- 按位取反：
- 转换成十进制
- 添加负号
4.1 一个Byte表示的范围是多少
- 无符号范围： 0~ 255
- 有符号范围：-128~ 127
解答过程：
一个Byte是8位，也就是 0000 0000 ~ 1111 1111
无符号简单：
- 0~（2^7+2^6+2^5++2^4+2^3+2^2+2^1+2^0）
- => 0~255。
有符号正数，符号位为0表示正数：
我们需要将补码转成原码： 不变。
- 范围： 0 000 0000~ 0111 1111
- => 0~(2^6+2^5++2^4+2^3+2^2+2^1+2^0)
- =>0~ 127。
有符号负数，符号位为1表示负数：
我们需要将补码转成原码：
范围： 1 000 0000~ 1111 1111
首先对1 000 0000进行转换：
- -1操作：0111 1111
- 取反： 1000 0000
- 十进制： 2^7=128
- 添加负号：-128
再对1111 1111进行转换：
- -1操作：1111 1110
- 取反： 0000 0001
- 十进制： 1
- 添加负号：-1
因此，负数范围为-128~ 1。
整个范围为： -128~ 127（也就是-2^7 ~ 2^7-1）
4.2 一个int表示的范围是多少
同上推到过程，范围为：-2^31 ~ 2^31 -1。
