可見性

原子性

并發編程時，當一個線程對共享變量的修改操作進行到一半時，另一個線程也可能來操作共享變量，這時就會干擾前一個線程的操作，這也就是原子性問題。

public class AtomicDemo {private static int num = 0;public static void main(String[] args) {List<Thread> list = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < 5; i++) {Thread thread = new Thread(() -> {for (int j = 0; j < 1000; j++) {num++;}});list.add(thread);thread.start();}list.forEach(e -> {try {e.join();} catch (InterruptedException ex) {ex.printStackTrace();}});System.out.println(num);}
}

上面代碼的運行結果不一定是5000,原因分析如下：
i++編譯后對應的JVM指令實際有4條，當只執行了部分操作時，另一個線程同時操作i變量，就會出現原子性問題

有序性（指令重排）

指令重排：為了保證程序的執行效率，在不影響正確性的前提下，編譯器和CPU會對程序中代碼進行優化，即指令重排序

• 指令重排必須保證單線程情況下程序的運行結果是正確的
• 指令重排在多線程下可能會影響程序運行結果的正確性。

經典的指令重排案例：單例模式的雙重檢查鎖

volatile和synchronize都可以保證有序性

• synchronize：保證了只有一個線程在操作同步代碼塊內的代碼，而指令重排在單線程的情況下運行結果是正確的

并發壓測工具Jcstress證明指令重排會在多線程下出現問題（了解）

<dependency><groupId>org.openjdk.jcstress</groupId><artifactId>jcstress-core</artifactId><version>0.7</version><scope>test</scope>
</dependency>

/**
* 需求：測試指令重排導致程序結果異常情況
* 方法test2中,有可能 flag=true先執行，而num=2后執行，位置交換導致出現方法test1結果r.r1=0
*/
@JCStressTest
//表示對輸出結果的處理  Expect.ACCEPTABLE 可以接收的結果
@Outcome(id = {"1", "4"}, expect = Expect.ACCEPTABLE, desc = "ok")
//Expect.ACCEPTABLE_INTERESTING 表示可以接收，并感興趣的結果
@Outcome(id = "0", expect = Expect.ACCEPTABLE_INTERESTING, desc = "danger")
@State
public class jcstress {int num = 0;boolean flag = false;//線程1執行的代碼@Actorpublic void test1(I_Result r) {if (flag) {r.r1 = num + num;} else {r.r1 = 1;}}//線程2執行的代碼@Actorpublic void test2(I_Result r) {num = 2;flag = true;}
}

CPU緩存分為三個級別：L1、L2、L3

CPU的運算速度和內存的訪問速度相差比較大，導致CPU每次操作內存都需要耗費大量的等待時間，于是CPU和內存直接增加了緩存設計。

（1）L1（一級緩存）是最接近CPU的，三個緩存中它容量最小，速度最快，每個物理內核上都有個一級緩存L1
（2）L2（二級緩存）速度比L1慢，比L3快，一般情況下每個物理核上都有一個獨立的L2
（3）L3（三級緩存）是三個緩存中最大的，同時也是速度最慢的，同一個CPU插槽上的核共用一個三級緩存

寄存器

CPU和一級緩存之間還有寄存器，CPU經常使用同一內存地址的某數據時 ，為減少頻繁讀取的消耗，就會把該數據存儲到寄存器。

緩存和寄存器的區別

（1）緩存是把CPU需要的數據提前緩存起來，減少讀取的消耗，但不一定是經常使用的
（2）寄存器是把CPU經常使用的同一內存地址的數據緩存起來，減少讀取消耗

JMM（java memory modle）

java內存模型和java內存結構不是一回事，java內存模型用于多線程讀寫共享數據時，保證共享數據的可見性、有序性、原子性，主要是通過synchronize、volatile兩個關鍵字來實現

（1）主內存：主內存是所有線程都能訪問，所有共享變量都存儲在主內存—方法區和堆
（2）工作內存：每個線程都有自己的工作內存，只存儲該線程需要用到的共享變量的副本，線程對變量的所有操作都是工作內存完成的，而不是直接讀寫主內存的變量，不同線程之間也不能相互訪問工作內存中的變量。
（3）jMM內存模型和硬件內存不是一回事，它是一個抽象的概念，不管是工作內存的數據還是主內存的數據，即可能存儲到內存，也可能存到CPU的三級緩存或者寄存器中。