一.CPU物理内核架构
二.多核CPU缓存架构
三.JMM内存模型
java多线程内存模型跟CPU内存模型类似,是基于CPU缓存模型来建立的,java线程内存模型是标准化的,屏蔽了底层计算机的不同。
四.验证工作内存
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五.volatile关键字
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六.sleep和wait影响
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七.总线嗅探机制
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,该数据马上同步会主内存,其他的CPU通过总线嗅探机制可以感知到数据的变化从而将自己缓存的数据失效。
八.volatile可见性底层实现原理
底层实现主要通过一条汇编指令lock前缀指令,他会锁定这块内存区域的缓存(缓存行锁定)并写回到主内存中。
Inter架构软件开发者手册中对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.这个写回内存操作会引起其他CPU缓存了该地址的数据无效(MESI)。
3.提供内存屏障功能,是lock指令不会进行重排。
volatitle关键字是用来处理线程并发中的可见性问题。基于总线嗅探机制和原子操作过程,它会使其他CPU工作内存中的共享变量失效。
九.指令重排序
在计算机执行指令的顺序在经过程序编译器编译之后形成的指令序列,一般而言,这个指令序列是会输出确定的结果;以确保每一次的执行都有确定的结果但是,一般情况下,CPU和编译器为了提升程序执行的效率,会按照一定的规则允许进行指令优化。
在某些情况下,这种优化会带来一些执行的逻辑问题,主要的原因是代码逻辑之间是存在一定的先后顺序。
输出结果:
//a = 0, b= 0
//a = 1, b= 0
//a = 0, b= 1
//a = 1, b= 1
先执行y=1 后执行b=x 发生了指令重排序!!!
规则: 改变指令的先后顺序会导致最终的结果不一致,则不会发生指令重排,反之 如果不会发生结果不一致则会发生重排。
指令重排主要反映在读和写的过程中!!!
注意:指令重排的发生是为了提升效率!!!
但是它不是万能的,它只考虑单线程下,多线程指令重排有可能导致结果异常!!!
十.指令重排序案例
阿里--》变量半初始化导致程序异常崩溃!!!
原因解析:
汇编指令:
init指令和putstatic可能会发生指令重排,造成空指针!!!
解决方案:使用volatile
十一.内存屏障
实际上就是如果CPU在指令优化是给与一个标记位置,碰到此位置不进行优化(指令重排)!!!
十二.总结
volatile关键字处理两个问题:
1.可见性问题
JMM内存模型,高速缓存区,工作内存
2.指令重排问题