可见性（visibility）
概念：可见性是指一个线程对共享变量进行修改，另外的线程可以立即得到修改后的新值
a.前置知识
- 一台机器的多颗CPU可以共享主存，但是CUP的一个核同一时刻只能运行一个线程
- CPU中有三级缓存，分别为L1，L2，L3
- L1和L2位于CPU核的内部，L3位于CPU的内部
- 缓存以缓存行（cache line）为单位来读取数据，根据空间局部性和时间局部性，一行是64字节
- 寄存器找数据，会先从L1-L2-L3去找，如果没有，才会去主存里面找
b.缓存一致性协议
- 因为L1和L2的缓存是在核的内部，与其他核是不共享的，所以线程之间可见需要用到缓存一致性协议
- MESI就是最常见的一种缓存一致性协议
- 但是多线程修改数据时，如果数据位于同一缓存行的情况下，反而会因为缓存一致性协议互相干扰
- 解决这个问题我们可以使用填充写法，使缓存行对齐
- 比如JDK1.7中的LinkedBlockingQueue和Disruptor就用到了这种写法
- 在1.8中，@Contended注解可以保证数据和其他数据不在同一缓存行
- 注意需要在jvm中加-XX:-RestricContended这个参数，而且只有1.8有作用
c.volatile
- MESI保证的是CPU中cache（缓存）的一致性，也就是L1，L2，L3，所以我们依然需要volatile
- volatile修饰的数据，会要求每个线程在缓存L1中改完值后，马上同步到主存
- 同步主存后，再通知给所有用到这个值的线程刷新缓存，这样就实现了所有CPU线程之间的可见性
- 实现原理是通过每个CPU不同的缓存一致性协议实现的
有序性（ordering）
概念：有序性就是程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行 as-if-serial：看上去像序列化执行
a.前置知识
- 指令重排：为了提高执行效率，CPU在不影响单线程的最终一致性的情况下，指令可能会乱序执行，也就是指令重排
b.乱序问题
- CPU存在指令重排，所以会产生乱序，单线程没问题，但是在多线程的情况下，会产生难以察觉的错误
- 当new对象时，会在内存中申请一块内存空间，此时，对象为半初始化状态，成员变量的值都是默认值
- 之后调用构造方法，成员变量会被设为初始值，最后和引用建立关联
- 指令重排序会导致this状态逸出构造方法，也就是对象处于半初始化状态时，就和引用建立了关联
- 所以在构造函数中启动线程，使用当前对象的成员变量的话，可能会出现成员变量为默认值的情况
c.解决乱序
CPU级别
通过内存屏障解决，内存屏障是一条特殊的指令，每种不同的CPU屏障的指令都不一样
JVM级别
在JVM中不是通过CPU屏障指令实现的内存屏障
JVM规范中要求每个实现JVM的虚拟机，都必须实现JVM的4个内存屏障（Load：读指令，Store：写指令）
内存屏障
LoadLoad屏障 对于这样的语句Load1; LoadLoad; Load2 在Load2及后续读取操作要读取的数据被访问前，保证Load1要读取的数据被读取完毕。
StoreStore屏障 对于这样的语句Store1; StoreStore; Store2 在Store2及后续写入操作执行前，保证Store1的写入操作对其它处理器可见。
LoadStore屏障 对于这样的语句Load1; LoadStore; Store2 在Store2及后续写入操作被刷出前，保证Load1要读取的数据被读取完毕。
StoreLoad屏障 对于这样的语句Store1; StoreLoad; Load2 在Load2及后续所有读取操作执行前，保证Store1的写入对所有处理器可见。
volatile的第二个作用是防止指令重排，实现原理是内存屏障
底层细节
- hotspot对JVM内存屏障的实现直接使用了LOCK
- LOCK 用于在多处理器中执行指令时对共享内存的独占使用
- 它的作用是能够将当前处理器对应缓存的内容刷新到内存，并使其他处理器对应的缓存失效
- 另外还提供了有序的指令无法越过这个内存屏障的作用
原子性（atomicity）
概念：原子性是指一个操作是不可中断的，要么全部执行成功要么全部执行失败 要实现原子性操作，必须依赖与锁
a.前置知识
- 用户态：用户态也就是我们的应用程序，只能访问用户能够访问的指令
- 内核态：内核态是执行在内核空间，可以访问所有的指令
- 重量级锁：JVM与操作系统之间的申请锁和返回锁，都需要经过用户态到内核态的转换，通过这种方式申请到的锁，叫重量级锁
- 对于操作系统来说，JVM也仅仅是工作在用户态，锁（lock）这个资源是要通过操作系统才能申请到的
- 用户态到内核态的调用是一个0x80的执行过程（0x80的执行过程暂时忽略）
- 单核CUP的情况下，汇编指令都是原子性操作
- 多核CPU的情况下，只有汇编手册中指定的某几条指令才是原子性操作
- 在多核CPU中，想要指令是原子性操作得加lock上锁
b.对象的内存布局
- 跟虚拟机的实现有关系 ，主要以hotspot的实现为主
- MarkWord：8字节：主要用于记录synchronized锁信息，GC，HashCode等信息
- 类型指针（class pointer）：4字节：默认开启指针压缩是4个字节，没开启是8个字节
- 实例数据（instance data）：字节数以实际情况为主，需要注意的是，引用类型的指针也存在压缩和未压缩的情况
- 对齐（padding）：8字节对齐，补字节数，保证整个对象的字节必须要能被8整除
