JMM——软硬件基础
一、硬件基础
前置知识：计算机基础——CPU速度比内存快100倍，比磁盘快1000000倍
在上面的模型图中我们知道，每个CPU内部有L1、L2两个缓存，那么当内存中的数据被load到每个CPU的缓存中，当其中一个CPU修改了数据，另一个CPU如何对数据进行即时同步（可见性），保证数据一致性？
1、总线锁
由于总线锁造成效率很低，很老的CPU才会使用总线锁，现在很少单独使用总线锁了
2、MESI——缓存一致性协议
缓存一致性协议有很多，不同的硬件厂商都有各自的实现
Intel使用的MESI最广范，我们平常一般来讲都是说的MESI：https://www.cnblogs.com/z00377750/p/9180644.html
MESI——缓存的四种状态，以及对这四种状态的不同处理
在有缓存锁的情况下，还需要使用总线锁吗？
缓存的效率很高，但是缓存容量不大，如果有很大的数据需要缓存一致性，但是不能放入缓存，此时就需要使用总线锁
现代CPU的数据一致性实现 = 缓存锁(MESI …) + 总线锁
3、缓存行
当把内存中的数据读到缓存中，并不是说用到哪一个字节就只Load哪一个字节，而是一次读取一组数据（时间局部性和空间局部性？？），这组数据称为缓存行
目前大多数的缓存行的实现大小都是64字节
伪共享
位于同一缓存行的两个不同数据，被两个不同CPU锁定，产生互相影响、不断更新的伪共享问题，造成效率浪费
缓存行对齐
在缓存行前面和后面填充占位字节，让目标数据要么在上一个缓存行，要么在下一个缓存行，而不会同时存在于两个缓存行——类似于用空间换时间（提高执行效率）
此时可以使用缓存行的对齐能够提高效率，比如并发中的Disruptor（环形buffer），里面的cursor（游标），就使用了缓存行对齐：
二、乱序执行
CPU为了提高指令执行效率，会在一条指令执行过程中（比如这条指令是去内存读数据（慢100倍）），去同时执行另一条指令，前提是两条指令没有先后执行顺序依赖关系
https://www.cnblogs.com/liushaodong/p/4777308.html
写操作也可以进行合并（了解即可）
https://www.cnblogs.com/liushaodong/p/4777308.html
三、如何保证特定情况下不乱序
我们知道CPU乱序执行的优化，让CPU的运行效率提升了很多，一般情况下也没什么问题
但是对于我们程序员来说，有些情况下（比如高并发），乱序执行有可能会造成数据不一致的情况（比如订单半初始化清零），那么如何在特定情况下保证不乱序呢？
1、硬件层面
有序性保障：CPU内存屏障
Intel的CPU主要有三个指令，即内存屏障
内存屏障前后的指令，不可能发生顺序调换，不允许CPU指令重排，保证有序性
sfence：（save fence）在sfence指令前的写操作当必须在sfence指令后的写操作前完成
lfence：（load fence）在lfence指令前的读操作当必须在ifence指令后的读操作前完成
mfence：（mix fence）在mfence指令前的读写操作当必须在mfence指令后的读写操作前完成
x86计算机架构下的硬件原子指令
原子指令，如x86上的”lock …” 指令是一个Full Barrier，执行时会锁住内存子系统来确保执行顺序，甚至跨多个CPU。Software Locks通常使用了内存屏障或原子指令来实现变量可见性和保持程序顺序
2、JVM级别如何规范（JSR133）
硬件基础上JVM软件级的规范，JVM只是提供了一个规范，不同的虚拟机的实现可能不同
屏障两端互相之间不允许指令交换
LoadLoad屏障：
对于这样的语句Load1; LoadLoad; Load2，在Load2及后续读取操作要读取的数据被访问前，保证Load1要读取的数据被读取完毕。
StoreStore屏障：
对于这样的语句Store1; StoreStore; Store2，
在Store2及后续写入操作执行前，保证Store1的写入操作对其它处理器可见。
LoadStore屏障：
对于这样的语句Load1; LoadStore; Store2，
在Store2及后续写入操作被刷出前，保证Load1要读取的数据被读取完毕。
StoreLoad屏障：
对于这样的语句Store1; StoreLoad; Load2， 在Load2及后续所有读取操作执行前，保证Store1的写入对所有处理器可见。
3、Volatile的实现细节
现在有一个趋势——由于Synchronized被不断优化，效率已经比较高了，所以现在的趋势是不再使用volatile，一律使用Synchronized。
1、字节码层面
在源码翻译成字节码之后，查看字节码，发现就是加了ACC_VOLATILE这么一个flag（访问修饰符），当虚拟机读到这个flag的时候，就会在内存区域读写都加内存屏障
在Volatile操作前面加了一个屏障，后面加了一个屏障，保证指令不可以重新排序
2、JVM层面
在JVM层面，对于Volatile内存区的读写前后都加内存屏障，保证指令不能重排序，保证有序性
StoreStoreBarrier
volatile 写操作
StoreLoadBarrier
LoadLoadBarrier
volatile 读操作
LoadStoreBarrier
4、Synchronized的实现细节
1、字节码层面
在字节码层面，就是通过下面这两个指令：
monitorenter ：监视器进入，告诉JVM一个Synchronized块进去了
monitorexit：监视器退出，告诉一个Synchronized块出来了
遇到这两个指令，JVM就知道要进行锁操作
在源码翻译成字节码之后，查看字节码，发现就是加了ACC_SYNCHRONIZED这么一个flag（访问修饰符），当虚拟机读到这个flag的时候，就会在内存区域读写都加内存屏障
2、JVM层面
C C++ 调用了操作系统提供的同步机制（Linux和Windows实现是不同的）
硬件层面就是使用了 lock 指令
