缓存行
CPU高速缓存中可以分配的最小存储单位
缓存命中
直接从CPU高速缓存中读取数据
缓存行填充
将内存中的数据copy到CPU高速缓存中
写命中
当处理器将操作数写回到一个内存缓存区域中，会先检查这个缓存的内存地址是否在缓存行中，如果存在一个有效的缓存行，则处理器将这个操作数写回到缓存中，而不是写回到内存
原子操作
不可中断的一个或一系列操作
缓存一致性协议
为了提高处理速度，CPU不会直接与内存通信，而是先将数据从内存读入到高速缓存中(L1,L2,L3)再进行操作，操作完后才写入到内存中。但如果在多处理器下，既使数据写入到了内存中，但是其它的处理器缓存中的值还是旧的，便会引发脏数据问题。此时便需要缓存一致性协议，保证各个处理器的缓存，系统内存是一致的。每个处理器通过嗅探总线上传输的数据来检查自己的缓存是否过期，当发现自己缓存行对应的内存地址被修改，会将处理器的缓存设置为无效状态。Intel 64位处理器上使用的是MESI协议。
可见性
一个线程对共享变量的修改，另一个线程能够立刻看到，称之为可见性
在单核时代，所有的线程都是在一颗CPU上执行，CPU缓存与内存的数据一致性容易解决。所有的线程都是操作同一个CPU的缓存，一个线程对缓存的读写，对另一个线程来说一定是可见的。但是在多核时代，每颗CPU都有自己的缓存，当多个线程在不同的CPU上执行时，这些线程操作的是不同的CPU缓存。
原子性
一个操作是不可中断，即使有多个线程一起执行的时候，一个操作一旦开始，就不会被其它的线程干扰。
以 count +=1为例。该语句往往有三条CPU指令完成：
- 指令1: 把变量
count从内存加载到CPU的寄存器 - 指令2: 在寄存器中执行+1操作
- 指令3: 最后将结果写入内存(缓存机制导致写入的是CPU缓存而不是内存)
假设初始状态count=0，如果两个线程在执行该语句，线程A在指令1执行完后做线程切换，线程B开始运行，执行指令1, 指令2, 3,将结果1写入内存。然后线程A再执行指令2, 这样最终得到的结果便是2。
乱序执行
编译层面指令重排
在编译期，编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序。如
a = 1;
b = 2;
这两行的代码没有任何的依赖关系，在编译时，编译器可能会将其进行重排。
CPU的指令重排
处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化，它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。指令重排序不会影响单个线程的执行，但是会影响到线程并发执行的正确性
解决乱序执行的方案
- CPU层面: intel 采用原语(mfence, lfence, sfence) 或者锁总线
- JVM层: 采用内存屏障，内存屏障就是对某部份内存做操作时前后添加屏障，屏障前后的操作不可以乱序执行。
volatile
volatile语义
- 当一个线程修改了一个被volatile修饰的共享变量的值时，新值总是可以被其它的线程立即知道
对于volatile修饰的变量，CPU会将其对应的缓存行数据马上写回系统内存，同时写回内存的操作使其它CPU缓存该内存地址的数据无效。在读一个volatile变量时，JMM会将该线程对应的本地内存置为无效，线程会从主内存中读取数据。
- 禁止指令重排
volatile在JVM中实现: volatile修饰的变量在写作操前加入StoreStoreBarrier, 写操作后加上StoreLoadBarrier, 在读操作前加上LoadLoadBarrier, 读操作后加上LoadStoreBarrier。
用volatile实现单例
关于java中单例模式有多种实现方式，其中有一种是DCL(Double Check Lock双重检查锁定)模式, 会涉及到volatile关键词的使用，这里简单列一下
public class Singleton {
private volatile static Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
此处之所以要用volatile来修饰是因为instance = new Singleton();这一步，其实对于应有三个步骤，分别是
- 分配内存空间
- 初始化对象
- 将内存空间的地址赋给对应的引用
CPU在运行，有可能会发生指令重排，第3步可能在第2步之前运行。假设有两个线程，如果线程A执行到代码instance = new Singleton();, 如果第3步在第2步之前运行，也就是虽然开辟了内存空间，instance引用也有了值。但其实对应的对象还没有初始化好，此时如果再调用该对象的某些属性会方法会报错。如果此时线程B进来了，在执行if (instance == null)语句时，因为instance不为空，故不会执行下面的代码，直接拿当前的instance，同样拿到的instance也是尚未初始化完成的。
单例模式的实现有多种方式，后面会开一篇文章总结一下
final域内存语义
java中用final来表示属性的不可变。final域的重排序规则如下：
写操作
在构造函数内对一个final域的写入，与随后把这个被构造对象的引用赋值给一个引用变量， 这两个操作之间不能重排序。编译器会在final域的写之后，构造函数的返回之前，插入一个StoreStore屏障。这个屏障禁止处理器把final域的写重排序到构造函数之外
读操作
在一个线程中，初次读对象引用与初次读该对象包含的final域，JMM会禁止重排序这两个操作。编译器会在读final域操作的前面插入一个LoadLoad屏障。初次读对象引用与初次读该对象包含的final域这两个操作之间存在间接依赖的关系，因些编译器不会重排序这两个操作，大多数处理器也会遵间接依赖，不会去重排序。但有少数处理器会有这个操作，这个规则便是针对少数处理器的。
在《Java并发编程的艺术》一书中有这个例子，假设一个线程A执行writer()方法，另一个线程B执行reader()方法。
public class FinalExample {
int i ;
final int j;
static FinalExample obj;
public FinalExample() {
i = 1;
j = 2;
}
public static void writer() {
obj = new FinalExample();
}
public static void reader() {
FinalExample object = obj;
int a = object.i;
int b = object.j;
}
}
在前面有介绍，对于语句obj = new FinalExample();其实对应有三个步骤：
- 分配内存空间
- 初始化对象
- 将内存空间的地址赋给对应的引用
CPU在执行时的指令重排，可能会导致第2个步骤在第3个步骤之后执行。对于以上代码就是返回的obj是一个还没有初始化好的对象。虽然构造函数执行了，但是其属性还未初始化完成，所以此时如果有一个线程B来调用其reader方法，拿到的属性便是错误的数据。而final关键字会禁止CPU的这一行为，保证其初始化在构造函数返回之前执行。
synchronized
synchronized关键字可以作用于普通方法，静态方法， 代码块，运行时会对相应的位子进行加锁。
- 对于普通方法，锁是当前实例, 所以只有同一个实例调用该方法才会互斥
- 对于静态方法，锁是当前类的
Class对象，类级别的锁。即使在不同的线程中调用不同实例对象，也会有互斥效果 - 对于同步代码块，锁是sychronized括号里配置的对象
普通方法/静态方法
我们定义一个类如下:
package com.fred.javalib.thread;
public class EmptyClass {
public synchronized void syncMethod() {
}
public synchronized static void syncStaticMethod() {
}
}
查看其字节码文件
可以发现, 被sychronized修饰的方法在被编译后，其方法的flags属性中会多一个ACC_SYNCHRONIZED标识。当虚拟机在访问有这个标识的方法时，会在相应的位置添加monitorenter和monitorexit指令
同步代码块
对于同步代码块, 是靠monitorenter, monitorexit指令来实现，我们用javap -verbose Singleton.class来看一下上面用volatile关键字实现的单例模式相关代码。
可以看到在上面的字节码中，有一个monitorenter 和 2个monitorexit。有monitorenter是去拿锁, 有两个monitorexit是因为其中一个是代码正常执行结束后释放锁，一个是在代码执行异常时释放锁。
happens-before规则
保证线和可见性的机制，前面一个操作的结果对后续操作是可
见的。
1. 程序的顺序性原则
在一个线程中，按照程序顺序，前面的操作happens-before于后续的任意操作。
2. volatile变量规则
对于一个volatile变量的写操作, happens-before于后续对这个volatile变量的读操作。
3. 传递性
如果A happens-before B，且 B happens-before C，那么 A happens-before C。
在一个线程中，按照程序顺序，前面的操作happens-before于后续的任意操作。
2. volatile变量规则
对于一个volatile变量的写操作, happens-before于后续对这个volatile变量的读操作。
3. 传递性
如果A happens-before B，且 B happens-before C，那么 A happens-before C。