1. 前言

    在深入理解并发编程的过程中，针对JMM 与 锁机制的理解的逐渐深入，导致有各方面的疑问。本文从CPU缓存模型和运行机制，JMM模型和运行机制、锁的字节码文件结构入手，逐渐演变和解释，并做系统性记录。
    在初步学习过程中，可能会陷入CPU缓存模型、JMM内存模型、JVM虚拟机模型之间的联系思维误区，其实没有啥关系！JMM模型可以理解是借鉴于CPU缓存模型创建的一套JAVA多线程编程规范。由于设计思路相似，都会存在变量一致性问题，在CPU缓存模型中使用的缓存一致性协议去解决，而JMM中定义了八种同步操作去解决。
    文章内容如有不严谨或有误之处敬请谅解，同时欢迎大佬评论指正，ღ( ´･ᴗ･` )比心。

2. 几张重要的模型图

• CPU缓存模型
  
  CPU缓存模型

1. 为什么会有CPU缓存模型？
   答： 我们的程序运行在操作系统之上，操作系统屏蔽了底层硬件的操作细节，将各种硬件资源虚拟化。于是，操作系统也就同样需要解决内存缓存不一致性问题。操作系统通过 内存模型（Memory Model） 定义一系列规范来解决这个问题。无论是 Windows 系统，还是 Linux 系统，它们都有特定的内存模型。
2. 什么是MESI 协议？
   答：为解决多核CPU下变量缓存一致性问题，其实是 CPU Cache 的有限状态机，一共有 4 个状态
   M（Modified，已修改）： 表明 Cache 块被修改过，但未同步回内存；
   E（Exclusive，独占）： 表明 Cache 块被当前核心独占，而其它核心的同一个 Cache 块会失效；
   S（Shared，共享）： 表明 Cache 块被多个核心持有且都是有效的；
   I（Invalidated，已失效）： 表明 Cache 块的数据是过时的。
3. 指令重排序原因
   JMM对底层尽量减少约束，使其能够发挥自身优势。因此，在执行程序时，为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令进行重排序。
   Store Buffer的延迟写入是重排序的一种，称为内存重排序（Memory Ordering）。除此之外，还有编译器和CPU的指令重排序。

• 编译器重排序。
  对于没有先后依赖关系的语句，编译器可以重新调整语句的执行顺序。
• CPU指令重排序。
  在指令级别，让没有依赖关系的多条指令并行。
• CPU内存重排序。
  CPU有自己的缓存，指令的执行顺序和写入主内存的顺序不完全一致。

CPU处理器重排序原因。
出自《现代操作系统（第三版）中文版》

CPU指令重排序

4. 缓存行
   定义：缓存系统最小的存储单元，主流大小64字节
5. 缓存行伪共享问题：
   定义：多线程修改互相独立的变量时，如果这些变量共享同一个缓存行，就会无意中影响彼此的性能，这就是伪共享
   解决办法：
   1）让不同线程操作的对象处于不同的缓存行。
   2）使用编译指示，强制使每一个变量对齐。
   jvm启动时设置-XX:-RestrictContended & JDK8 使用@sun.misc.Contended

• JMM（JAVA Memory Model）
  

  JAVA内存模型

• JMM模型执行过程
  

  JAVA内存模型执行流程
  
  转自：JMM内存模型八大原子性操作

• JVM虚拟机结构
  

  JDK8 JVM虚拟机结构
  
  转自: Java内存区域详解

4. 参考文章：

• JMM（Java 内存模型）详解 | JavaGuide
• 凤凰架构：构建可靠的大型分布式系统 | 凤凰架构