秋招之路6：java(线程)内存模型JMM
计算机的缓存模型
解决问题
cpu缓存是为了减少处理器访问内存所需平均时间的部件。
在金字塔式存储体系中它位于自顶向下的第二层，仅次于CPU寄存器。
其容量远小于内存，但交换速度却比内存快得多。
步骤
当处理器发出内存访问请求时，会先查看缓存内是否有请求数据。
如果存在（命中），则不经访问内存直接返回该数据；如果不存在（失效），则要先把内存中的相应数据载入缓存，再将其返回处理器。
原理
缓存之所以有效，主要是因为程序运行时对内存的访问呈现局部性（Locality）特征。
这种局部性既包括空间局部性（Spatial Locality），也包括时间局部性（Temporal Locality）。
有效利用这种局部性，缓存可以达到极高的命中率。
java(线程)内存模型
java 线程内存模型跟cpu缓存模型非常相似，是基于cpu缓存模型来建立的，
并且java线程内存模型是标准化的，屏蔽掉了底层不同计算机的区别。
需要注意的是，线程i是直接和他的工作内存进行通信的 工作内存在初始化的时候，将主内存的各个共享变量加载到工作内存。
各种常用的原子操作
+ lock(锁定)：作用于主内存，它把一个变量标记为一条线程独占状态；
+ read(读取)：作用于主内存，它把变量值从主内存传送到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用；
+ load(载入)：作用于工作内存，它把read操作的值放入工作内存中的变量副本中；
+ use(使用)：作用于工作内存，它把工作内存中的值传递给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用这个变量的指令时候，将会执行这个动作；
+ assign(赋值)：作用于工作内存，它把从执行引擎获取的值赋值给工作内存中的变量，每当虚拟机遇到一个给变量赋值的指令时候，执行该操作；
+ store(存储)：作用于工作内存，它把工作内存中的一个变量传送给主内存中，以备随后的write操作使用；
+ write(写入)：作用于主内存，它把store传送值放到主内存中的变量中。
+ unlock(解锁)：作用于主内存，它将一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才能够被其他线程锁定；
下面是一个典型的volalite的执行过程
多处理器环境下，缓存不一致问题的两种解决方法
总线加锁（早期，性能低）：cpu从主内存读取数据到高速缓存，会在总线对这个数据加锁，这样其他的cpu就没法去读或者去写这个数据，
直到这个cpu使用完数据释放锁后，其他cpu才能进行读取。
MESI缓存一致性协议：多个cpu从主内存读取同一个数据到各自的高速缓存，当其中某个cpu修改了缓存里的数据的时候，
该数据会马上同步到主内存，其他cpu会通过总线嗅探机制（jian ting）感知数据的变化，
从而设置自己的缓存里的数据为失效状态。
JMM解决缓存不一致：volatile底层实现原理
底层主要通过汇编lock前缀指令，它会锁定这块内存区域的缓存并写回到主内存
IA-32架构软件开发手册对lock指令的解释：
1.会将当前处理器缓存行的数据立即写回到系统内存。
2.这个写回内存的操作会引起在其他cpu里面缓存了该内存地址的数据无效。
如果在lock指令执行的时候，有其他的读操作，或者写操作，会出现不一致，又如何解决？
加上一把非常细力度的锁
就是说：volatile 是轻量级的锁，它不会引起线程上下文的切换和调度。
足够轻量，只是锁住一条内存赋值指令。
volatile的特点
volatile可以保证可见性，但是不能保证原子性
可见性：对一个volatile的读，总是可以看到对这个变量最终的写.
(并非是修改了之后，会"通知"其他线程去取最新的数据，而是下一次有线程取这个数据的时候，
禁止他们从自己的线程缓存中取数据，直接到原始的内存去取最新值。)
原子性：volatile对单个读 / 写具有原子性（32 位 Long、Double），但是复合操作除外，例如i++ 。
具体来讲一个这样的场景：有两个线程一起做i++的操作，由于volatile的实现原理，
其中一个在执行lock指令的时候，会使得其他cpu里面缓存了该内存地址的数据失效。（但是其他的cpu可能已经做完了这个i++操作）
这样不就让其他cpu做的操作失效了嘛。 如何解决呢？ 使用synchronize.
有序性：JVM 底层采用“内存屏障”来实现 volatile 语义，防止指令重排序。
指令重排是指在程序执行过程中, 为了性能考虑, 编译器和CPU可能会对指令重新排序.
“内存屏障”:简单理解：有lock之后，cpu就不会把后面的语句优化到前面；前面的语句优化到后面。
volalite的常见的两个场景
第一个场景：状态标记变量（保证可见性）
public class Synch
{
volatile boolean go = true;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
new Synch().test();
}
public void test() throws InterruptedException{
new Thread(){
public void run(){
System.out.println(">>>t1 begin starting");
while(go == true){
}
System.out.println(">>>OK");
}
}.start();
Thread.sleep(2000);
new Thread(){
public void run(){
System.out.println(">>>t2 begin starting");
go = false;
System.out.println(">>>t2 begin stop");
}
}.start();
}
}
上面的这边代码就是一个典型的状态标记变量；
如果去掉volatile，输出为
t1 begin starting
t2 begin starting
t2 begin stop
因为各自线程使用各自线程的工作内存，线程1的工作内存一直是true；
加上volatile以后，线程2执行go的修改时候，
会将当前处理器缓存行的数据go 立即写回到系统内存，并且立刻进行通知。
所以输出为：
t1 begin starting
t2 begin starting
t2 begin stop
OK
如果去掉Thread.sleep(2000);那么结果输出ok
因为jvm会进行指令的优化重排，使得go = false;总是先于while(go == true)执行。
第二个场景：double check
由来：
单例模式的创建有两种方案：
饿汉模式：无论是否调用该方法，在单例类被加载的时候进行单例的创建。
懒汉模式：只有当第一次请求单例实例时候才会进行创建。
在使用 懒汉模式实现单例时，经常被使用的一种方法是：双重检查锁定的写法。
public class DoubleCheckedLocking{
private static Instance instance;
public static Instance getInstance(){
if(instance ==null){
synchronized (DoubleCheckedLocking.class){
if(instance ==null)
instance=new Instance(); //1
}
}
return instance;
}
为何要使用双重检查锁定呢？
需要注意的是：正确的双重检查锁定模式创建单例，需要需要使用 volatile。
即
private static volatile Instance instance;
因为对象创建的三个步骤：
对象的创建可以归为如下三个步骤：
1.分配内存对象。
2.调用构造方法，执行初始化。
3.将对象引用赋值给变量。
多线程中：在实际运行中，以上操作中 2 ，3 指令 会发生 指令重排。
以下为具体情形,仍然以A、B两个线程为例：
- A、B线程同时进入了第一个if判断
- A首先进入synchronized块，由于instance为null，所以它执行instance = new Singleton();
- 由于JVM内部的优化机制，JVM先画出了一些分配给Singleton实例的空白内存，并赋值给instance成员（注意此时JVM没有开始初始化这个实例），然后A离开了synchronized块。
- B进入synchronized块，由于instance此时不是null，因此它马上离开了synchronized块并将结果返回给调用该方法的程序。
- 此时B线程打算使用Singleton实例，却发现它没有被初始化，于是错误发生了。
