谈谈硬件架构模型

先谈谈硬件是如何工作的，举个例子，你在window操作系统上须要下载一个游戏（20M)，就须要应用cpu和内存了，在这个过程中cpu负责计算，比方计算下载进度，统计下载实现一共须要多少工夫等，内存为cpu提供数据的，负责保留游戏的所有信息，比方游戏的大小（20M）数据。在这个过程中，cpu从内存上取游戏大小这个数据，而后cpu去计算下载进度，把计算出的进度后果再写到内存，最终出现到用户页面，大略对cpu和内存应该有个大略的意识了吧！看上去下载游戏这个过程分工明确，没有问题，但实际上cpu的计算速度比内存的存取速度高了不晓得多少个数量级，这个过程cpu很闲暇啊（如图一），cpu你闲着没事干那就是浪费资源节约钱啊，这是个问题，于是人们就想了个方法，在内存下面加个（高速）缓存，如果是一些罕用信息，比方游戏大小这个数据，那就不必在内存取了，间接在缓存上拿（如图二），而缓存设计的存取速度是很快的，当然价格也更高，如果刚好缓存上有这个游戏大小数据，这个操作在计算机的世界叫做缓存命中，这样就解决了cpu很闲的问题。哈哈，还是举个简略例子吧，咱春节买票回家，只管你的手速很快，然而还是一票难求，12306官网响应速度慢，没方法家还是要回的，那就找黄牛，尽管价格贵然而能解决你的痛点。这个例子中你，12306零碎，黄牛别离对应cpu，内存和缓存，不便你了解。顺便说下，这个黄牛其实也是设计模式中的代理。（图三，图四）

案例剖析JMM不可见性

理解了硬件架构，再来了解Java内存模型（JMM），蛟龙得水，JMM是依据硬件架构映射进去的，不是实在存在的，硬件模型是物理的，是实在存在的，如下图所示，如果当初有两个线程AB须要同时将共享变量c的值加1，最终的程序运行的后果c的值可能是3，也可能是2。那咱们一起来看看程序执行过程吧，程序初始化，线程AB将拷贝主内存的共享变量c到各自的工作内存，此时工作内存A，工作内存B的初始化值c值都为1，初始化完结，如下图所示。这里能够把线程A了解成cpu1,线程B了解成cpu2，工作内存了解成高速缓存。这个过程因为工作内存是线程公有的，因为每个高速缓存是属于不同CPU是不可见的，工作内存A看不见工作内存B的c值为1，相同工作内存B也看不到工作内存A的c值。

当线程AB同时将共享变量c加1时，如果线程A先获取工夫片，此时工作内存A的c值加1等于2，而后由工作内存A将变量c=2同步到主内存，此时主内存c变量为2了，线程A执行完结，开释工夫片给线程B，如下图所示。此时主内存会更新线程B的工作内存B，将c=2通知线程B，并更新工作内存B的值c=2，此时B获取工夫片，看到工作内存B值是c=2，加1，c=3，线程B将c=3写到主内存，此时主内存c的值就是3了，线程B执行完结，整个程序完结。其实在这个过程中，还有一种意外状况，如果线程A执行完结后，将主内存的c值变为2，如果主内存c=2还没有同步更新到工作内存B呢？此时问题就来了，线程B获取工夫片后发现自己的工作内存变量c还是1，而后加1，此时c=2，将c再更新到主内存，此时主内存的值还是2，主内存再同步c=2的值给线程B曾经失去意义了，因为线程全副执行结束。在这个程序执行过程中，其实导致线程平安的实质问题是主内存告诉不及时才导致产生的，这个案例中因为主内存不能及时将c=2的值更新到线程B的工作内存，导致线程B获取不到c曾经更新为2了。

那问题来了，cpu各自带着公有缓存，线程带着各自公有工作内存，数据都靠着主内存来通信，然而主内存偏偏又不给力啊，告诉线程B的工作内存不给力，导致后果c=2或者c=3的，这就是呈现了线程平安问题了，这种安全性问题是因为缓存不可见造成的，于是我开始怀恋单核cpu时代了，然而回避也解决不了理论问题，于是那些聪慧的人们就想既然缓存不统一，那所有缓存都实现对立的协定能够吗，上面咱们就简略聊下缓存一致性协定。

硬件缓存不统一计划

1）总线Lock#锁。锁定总线的开销比拟大，在缓存更新内存后，其余的cpu都会被锁定住，禁止与内存通信，这样开销就大了。

2）MESI协定。这是缓存一致性协定的具体实现，它通过嗅探技术辨认哪个cpu想批改主内存缓存行信息，如果该缓存行是共享的，先将该缓存行刷新到主内存，再设置其余cpu的高速缓存的缓存行有效，但频繁的嗅探其余cpu想批改的共享数据，也会导致总线风暴。

什么是可见性

可见性，有序性，原子性是线程平安的三个重要指标。可见性对了解多线程十分十分十分重要！因为多核硬件架构的问题，cpu高速缓存之间自身是不可见的，必须要实现缓存一致性协定。咱们方才下面也说了硬件方面的计划，多线程对共享变量是不可见的，Java方面也提供了两个关键字来保障多线程状况下共享变量的可见性计划。

volatile实现可见性

在JVM手册中，当多线程写被volatile润饰的共享变量时，有两层语义。

1）该变量立刻刷新到主内存。

2）使其余线程的共享变量立刻生效。话中有话当其余线程须要的时候再从主内存取。

在上述案例中，如果c为一个布尔值并且被volatile润饰，那么当线程AB同时更新共享变量c时，此时c对于工作内存AB是可见的。

synchronized实现可见性

在JVM手册中，synchronized可见性也有两层语义。

1）在线程加锁时，必须从主内存获取值。

2）在线程解锁时，必须把共享变量刷新到主内存。

这两句阐明了，时刻放弃主内存数据最新，当新的线程获取锁须要从主内存获取值。

总结

明天通过可见性的话题，引出了硬件架构，硬件架构因为多cpu高速缓存引出的不可见性问题，从而引出了解决可见性的计划，这是基于硬件的。从Java高级语言的角度，引出了基于硬件的映射模型JMM，并给出了jvm要实现可见性用的一些关键字。谢谢大家的观看，我是叫练，边叫边练。有疑难和谬误欢送留言和斧正。