#空杯心态，一切归零#
一：什么是java内存模型
我们通过一张图片来直观的感受下内存模型的抽象概念。
在java内存模型中，本地内存（在java里面其实就是栈空间）被线程私有，主内存是所有线程共享的。对于主内存中的共享变量，每个线程会获取一个共享变量的副本，也就是在本地内存中缓存了一份数据，在线程内部都是对副本进行操作。只有在需要写回到主存时，才会交由JMM来进行控制。如果进行JMM控制，可能在竞态条件下产生线程安全问题。
再通过一张图来看下CPU多级缓存和内存的全貌。
从图中可以看出，L1和L2以及寄存器是CPU私有，L3和主存是多个CPU共享。
补充一点，CPU读取数据时的流程说明：
（1）先读取寄存器的值，如果存在则直接读取
（2）再读取L1，如果存在则先把cache行锁住，把数据读取出来，然后解锁
（3）如果L1没有则读取L2，如果存在则先将L2中的cache行加锁，然后将数据拷贝到L1，再执行读L1的过程，最后解锁
（4）如果L2没有则读取L3，同上先加锁，再往上层依次拷贝、加锁，读取到之后依次解锁
（5）如果L3也没有数据则通知内存控制器占用总线带宽，通知内存加锁，发起内存读请求，等待回应，回应数据保存到L3（如果没有就到L2），再从L3/2到L1，再从L1到CPU，之后解除总线锁定。
回到正题，结合上面的两张图，是否发现结构有些相似。工作内存对应CPU缓存，内存对应L3和RAM，都存在私有和共享。也都采用同样的思想，通过使用缓存提升程序的性能。但是任何事情都有两面性，提升的性能的同时，由此也就衍生出了缓存一致性的问题。
二：缓存一致性是如何解决的
这里主要引出volatile关键字。它的本质是告诉JVM，禁用缓存。
在CPU层面 ，最常用到的缓存一致性协议是MESI协议。主要原理是 CPU 通过总线嗅探机制（监听）可以感知数据的变化从而将自己的缓存里的数据失效，缓存行中具体的几种状态如下：
之前是锁总线，其它CPU对内存的读写请求都会被阻塞，直到锁释放，不过实际后来的处理器都采用锁缓存替代锁总线，因为锁总线的开销比较大，锁总线期间其他CPU没法访问内存。
在JVM层面，JMM通过happen-before规则和内置的八种指令来实现。
happen-before规则：本质上是可见性的问题。就是说一个线程的对共享资源的操作对另一个线程是可见的，另一个线程需要等前一个线程操作结束后，才能执行相关操作。
1、程序的顺序性规则
这条规则是指：在一个线程中，指令按顺序执行，前面的操作 Happens-Before 于后续的任意操作。
2、volatile变量规则
这条规则是指：对一个volatile变量的写操作， Happens-Before 于后续对这个变量的读操作。
3、传递性规则
这条规则是指如果A Happens-Before B，B Happens-Before C，那么A也将Happens-Before C。
4、管程中的锁的规则
这条规则是指：对一个锁的解锁 Happens-Before 于后续对这个锁的加锁操作，即，先解锁才能后加锁。
5、线程的start规则
这条规则是指：如果在线程A中启动线程B，那么该start()操作 Happens-Before 于线程B中的任意操作。
6、线程的join规则
其中的volatile变量规则，就是告诉JVM，缓存失效了，需要在使用时，从主存中获取最新的值。
另外，稍微补充下JMM提供的8条内置指令：
从主存同步数据到工作内存时，需要借助read和load指令；从工作内存写回主内存时，需要用到store和write指令。其他线程要往主内存写数据时，会对缓存进行加锁，直至锁释放后才能执行相关操作。
volatile有两层含义：除了禁用缓存，还有禁止指令重排。本质是通过内存屏障来实现，为了实现volatile的内存语义，编译器在生成字节码时，会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序。一个读的操作为load，写的操作为store。此处就不展开详细描述了。
三：如何解决一致性、可见性和原子性问题
synchronized和lock：在程序层面进行加锁，解决一致性问题和原子性问题。
volatile：禁用缓存，解决可见性问题。
四：对应用程序按需禁用缓存和编译优化的小建议
其实总的说来，JMM是在安全性和性能上做折中取舍，让程序中可以自己配置一些方式来实现按需禁用的目的。
final：对程序中的一些常量，使用final修饰，告诉JVM，这是一个不可变类型，不用优化。
volatile：对前后有依赖关系的逻辑，使用volatile修饰，告诉JVM，此处不用重排序。
五：写在最后
作为一个老后端程序员，第一次在平台上写技术类的文章，心中有些忐忑，也很惶恐。之前的底子也不怎么扎实，对一些技术也都掌握得不怎么成体系，很多时候，都会陷入一个误区。以为平时看到的文章或者听过的视频，自己都掌握了。但是真需要好好表达出来时候，却是又有些为难。以我自己为例，今日的这篇小文章，差不多耗费了整个下午的时光，删了写，写了删，遇到模棱两可的，再去翻阅资料。知易行难，还好，一切都有个开端，希望通过持续通过这种方式，记录自己对技术的感悟，温故而知新吧。
此处如果有小伙伴有补充的话，也欢迎在评论区留言。欢迎大家指摘，一起共勉。