一、Java内存模型（JMM）：多线程通信的规则
JMM 是一种抽象的概念，它定义了线程和主内存之间的交互规则。
- 主内存（Main Memory） ：所有线程共享的内存区域，对应 Java 中的堆内存。
- 工作内存（Working Memory） ：每个线程私有的内存区域，对应 CPU 中的缓存（L1, L2） 和寄存器。
三大特性
- 原子性（Atomicity） ：一个操作是不可分割的。
- 可见性（Visibility） ：一个线程对共享变量的修改，对其他线程是立即可见的。
- 有序性（Ordering） ：代码的执行顺序，与书写顺序一致。
二、硬件层支持：CPU缓存与内存屏障
JMM 的实现依赖于底层硬件。理解 CPU 的缓存结构和内存屏障是理解 JMM 的关键。
- CPU 缓存：CPU 缓存是线程私有的，这导致了可见性问题。
- 内存屏障（Memory Barrier） ：一种CPU指令，用于强制阻止编译器和处理器对指令进行重排序，并刷新 CPU 缓存，从而解决可见性和有序性问题。
三、volatile的底层实现：内存屏障与可见性
volatile 关键字能够保证变量的可见性和有序性，其底层原理是插入内存屏障。
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写操作：在
volatile变量的写操作之后，会插入一个StoreLoad内存屏障。这个屏障的作用是：- 强制将线程工作内存中的值写回主内存。
- 使其他线程的缓存行无效，从而强制它们从主内存中重新读取。
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读操作：在
volatile变量的读操作之前，会插入一个LoadLoad屏障。这保证了读操作总能获取到最新的值。
四、synchronized的底层实现：锁升级与互斥
synchronized 关键字是 JVM 提供的重量级同步机制，其底层实现是基于**对象头（Mark Word）**中的锁状态。
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锁升级路径：
- 无锁：对象创建时的初始状态。
- 偏向锁（Biased Locking） ：当只有一个线程访问同步代码块时，JVM 会给对象头写入该线程的 ID，无需额外的同步开销。
- 轻量级锁（Lightweight Locking） ：当出现竞争时，偏向锁会升级为轻量级锁。通过 CAS 操作在栈帧中创建锁记录。
- 重量级锁（Heavyweight Locking） ：当轻量级锁的 CAS 操作失败，即出现激烈竞争时，锁会膨胀为重量级锁，进入操作系统级别的互斥，导致线程阻塞和唤醒的开销。
五、happens-before原则：JMM的最终保证
happens-before 原则定义了操作之间的顺序和可见性。如果操作 A happens-before 操作 B，那么 A 的结果对 B 是可见的。
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关键规则：
- 程序顺序规则：单线程内，代码书写顺序即为执行顺序。
- 锁规则：一个线程的解锁操作
happens-before另一个线程的加锁操作。 volatile变量规则：对一个volatile变量的写操作happens-before任何后续对它的读操作。
六、总结：JMM与并发编程的实践
volatile：适用于一写多读的场景，能够保证可见性和有序性，但无法保证原子性。synchronized：能够同时保证原子性、可见性、有序性，但性能开销较大。happens-before：是理解并发编程的基石，它为我们提供了强大的内存可见性保证。
