Java内存模型-底层原理
JMM是什么
是一组规范，需要各个JVM的实现来遵守JMM规范，以便于开发者可以利用这些规范，更方便地开发多线程程序。
如果没有这样的一个JMM内存模型来规范，那么很可能经过了不同JVM的不同规则的重排序之后，导致不同的虚拟机上运行的结果不一样，那是很大的问题。
volatile、synchronized、lock的的原理都是JMM
如果没有JMM，那么就需要我们自己指定什么时候用内存栅栏等，那是相当麻烦的，幸好有了JMM，让我们只需要用同步工具和关键字就可以开发并发程序。
什么是重排序
在线程1内部的两行代码的实际执行顺序和代码在Java文件中的顺序不一致，代码指令并不是严格按照代码语句顺序执行的，它们的顺序被改变了，这就是重排序，这里被颠倒的是y=a和b=1这两行语句。
重排序的好处:提高处理速度
- 对比重排序前后的优化
重排序的3种情况
- 编译器优化：包括JVM、JIT编译器等
- CPU指令重排：就算编译器不发生重排，CPU也可能对指令进行重排
- 内存的“重排序”：线程A的修改线程B却看不到，引出可见性问题
什么是原子性
一系列操作，要么全部执行成功，要么全部不执行，不会出现执行一半的情况，是不可分割的。
Java中的原子操作有哪些？
- 除long和double之外的基本类型的赋值操作
- 所有引用reference的赋值操作，不管是32位的机器还是64位的机器
- java.concurrent.Atomic.* 包中所有类的原子操作
long和double的原子性
问题描述：官方文档、对于64位的值写入，可以分为两个32位的操作进行写入、读取错误、使用volatile解决
结论：在32位上的JVM上，long和double的操作不是原子的，但是在64位的JVM上是原子的
实际开发中：商用Java虚拟机中不会出现
原子操作 + 原子操作 !=原子操作
简单地把原子操作组合在一起，并不能保证整体依然具有原子性
可见性
为什么需要JMM
- C语言不存在内存模型的概念
- 依赖处理器，不同处理器结果不一样
- 无法保证并发安全
- 需要一个标注，让多线程运行的结果可预期
为什么会有可见性问题
CPU有多级缓存，导致读的数据过期
- 如果所有核心都只用一个缓存，那么也就不存在内存可见性问题了。
- 每个核心都会将自己需要的数据读到独占缓存中，数据修改后也是写入到缓存中，然后等待刷入到主存中。所以会导致有些核心读取的值是一个过期的值。
JMM的抽象：主内存和本地内存
Java作为高级语言，屏蔽了这些底层细节，用JMM定义了一套读写内存数据的规范，虽然我们不需要关心一级缓存和二级缓存的问题，但是，JMM抽象了主内存和本地内存的概念。
本地内存：这里说的本地内存并不是真的是一块给每个线程分配的内存，而是JMM一个抽象，是对于寄存器、一级缓存二级缓存等的抽象。
JMM有以下规定：
- 所有的变量都存储在主内存中，同时每个线程也有自己独立的工作内存，工作内存中的变量内容是主内存的拷贝。
- 线程不能直接读写主内存中的变量，而是只能操作自己工作内存中的变量，然后再同步到主内存中。
- 主内存是多个线程共享的，但线程间不共享工作内存，如果线程间需要通信，必须借助主内存中转来完成。
结论：所有的共享变量存在于主内存中，每个线程有自己的本地内存，而且线程读写共享数据也是通过本地内存交换的，所以才导致了可见性问题。
Happens-Before原则
什么是Happens-Before？
- happens-before规则是用来解决可见性问题的：在时间上，动作A发生在动作B之前，B保证能看见A，这就是happens-before。
- 两个操作可以用happens-before来确定它们的执行顺序：如果一个操作happens-before于另一个操作，那么我们说第一个操作对于第二个操作是可见的。
什么不是happens-before
两个线程没有互相配合的机制，所以代码X和Y的执行结果并不能保证总被对方看到的，这就不具备happens-before。
happens-before规则有哪些？
- 单线程规则
- 锁操作(synchronized和Lock)
- volatile变量
- 线程启动
- 线程join
- 传递性
- 中断：一个线程被其他线程interrupt是，那么检查中断(isInterrupted)或者抛出InterruptedException一定能看到。
- 构造方法
工具类的happens-before原则
- 线程安全的容器get一定能看到在此之前的put等存入动作
- CountDownLath
- Semaphore
- Future
- 线程池
- CyclicBarrier
volatie关键字
volatile是什么？
voliatile是一种同步机制，比synchronized或者Lock相关类更轻量，因为使用volatile并不会发生上下文切换等开销很大的行为。但是开销小，相应的能力也小，虽然说volatile是用来同步的保证线程安全的，但是volatile做不到synchroized那样的原子保护，volatile仅在很有限的场景下才能发挥作用。
volatile的适合场合？
适用场景1：boolean flag ，如果一个共享变量自始至终只被各个线程赋值，而没有其他的操作，那么就可以用volatile来代替synchronized或者代替原子变量，因为赋值自身是原子性的，而volatile又保证了可见性，所以就足以保证线程安全。
适用场合2：作为刷新之前变量的触发器
volatile的作用：可见性、禁止重排序
可见性：读一个volatile变量之前，需要先使相应的本地缓存失效，这样就必须到主内存读取最新值，写一个volatile属性会立即刷入到主内存
禁止指令重排序优化：解决单例双重锁乱序问题
volatile和synchronized的关系？
volatile在这方面可以看做是轻量版的synchronized：如果一个共享变量自始至终只被各个线程赋值，而没有其他的操作，那么就可以用volatile来代替synchronized或者代替原子变量，因为赋值自身是有原子性的，而volatile又保证了可见性，所有就足以保证线程安全
volatile小结
- volatile修饰符适用以下场景：某个属性被多个线程共享，其中有一个线程修改了此属性，其他线程可以立即得到修改后的值，比如boolean flag；或者作为触发器，实现轻量级同步。
- volatile属性的读写操作都是无锁的，它不能替代synchronized，因为它没有提供原子性和互斥性。因为无锁，不需要花费时间在获取锁和释放锁上，所以说它是低成本的。
- volatile只能作用于属性，我们用volatile修饰属性，这样compilers就不会对这个属性做指令重排序。
- volatile提供了可见性，任何一个线程对其的修改将立马对其他线程可见。volatile属性不会被线程缓存，始终从主存中读取。
- volatile提供了happen-before保证，对volatile变量V的写入happen-before所有其他线程后续对v的读操作
- volatile可以使得long和double的赋值是原子的，后面
常见面试问题
为什么需要单例？
- 节省内存和计算
- 保证结果正确
- 方便管理
单例模式适用场景？
- 无状态的工具类：比如日志工具类，不管是在哪里适用，我们需要的只是它帮我们记录日志信息，除此之外，并不需要在它的实例对象上存储任何状态，这时候我们就只需要一个实例对象即可。
- 全局信息类：比如我们在一个类上记录网站的访问次数，我们不希望有的访问被记录在对象A上，有的却记录在对象B上，这时候我们就让这个类成为单例。
单例模式8中写法？
- 饿汉式(静态常量)可用
- 饿汉式(静态代码块)可用
- 懒汉式(线程不安全)
- 懒汉式(线程安全，同步方法)[不推荐]
- 懒汉式(线程不安全，同步代码块)[不可用]
- 双重检查[推荐用]
优点：线程安全；延迟加载；效率高效
为什么要double-check
- 线程安全
- 单check行不行？会出现重复初始化
- 性能问题
为什么要用volatile
- 新建对象实际上有3个步骤
- 重排序会带来空指针问题
- 防止重排序
- 静态内部类[推荐用]
- 枚举[推荐用]
写法简单
线程安全有保障
避免反序列化破坏单例
讲一讲什么是Java内存模型？
1.起因 2.java内存模型，java内存结构，java
volatile和synchronized的异同？
什么是原子操作？java中有哪些原子操作？生成对象的过程是不是原子操作？
- 新建一个空的Person对象
- 把这个对象的地址指向p
- 执行Person的构造函数
什么是内存可见性？
64 位的double和long写入的时候是原子的吗？
