操作系统内存划分
寄存器->一级缓冲区（分为数据缓冲区，指令缓冲区）->二级缓冲区->三级缓冲区->内存->磁盘->远程文件服务器，缓冲区按照缓冲行存储与读取
物理内存模型带来的问题
因为每个cpu核心都享有自己的缓冲区，所以实际上在数据操作后，会先写到自己的缓冲区内，然后再刷新回主存，至于什么时候刷新是个不确定的因素。因此，在多线程环境下，对两个变量进行操作时，有可能导致另一个线程获取的数据不是最新的，可以采用加锁或者volatile关键字来保证数据的一致性。
伪共享
已知cpu在对数据存取的时候，是按照缓冲行的大小进行读取的，也就是说，会把cache，实际划分成很多个缓冲行大小，在每一次读取一个缓冲行的时候，会把整个缓冲行加载到缓冲区，因此可能在此缓冲区中有多个变量（假设有变量a，b），如果线程A和线程B同时读取了该缓冲行（cache2）到自己的cache1，此时线程A修改变量a，线程B修改了b，再写回到cache2时，就会将其中一个变量进行覆盖，所以这就叫做伪共享。解决伪共享的方式，采用数据填充，即补位，如果一个缓冲行不满，那么就进行数据填充。在concurrentHashMap中采用了sum.misc.Contended注解，但是需要启动参数上加上-XX:-RestrictContened才能生效。
JMM内存模型
从抽象的角度来看，Java内存模型与操作系统之间有着很相似的概念，即在操作系统中，内存（RAM）与JVM中的堆相似，高速缓冲区与Java中栈内存相似，cpu与Java中线程相似。因此，Java中内存模型其实是一个抽象的概念，实际上栈内存并不存在。它涵盖了缓存、写缓冲区、寄存器以及其他硬件和编译器优化。
JMM导致的并发安全问题
引发可见性、原子性问题。
由JMM内存模型可发现，实际上线程是不能直接操作堆（主内存）的，操作的是其数据的副本，在多线程环境下，两个线程对同一个变量a（初始为0）进行操作时，线程A取到了变量a的初始值为0，然后对其进行操作，但是，在操作完之后，在刷新回内存之前，线程B又从内存中读取了变量a，此时线程B获取到a的值还是为0，此时线程A把计算后的数据写回到内存，再线程B写回到内存时，就会发现线程B把线程A的数据覆盖了，同时也失去了原子性。解决方案：采用volatile来保证数据的可见性，采用加锁或循环CAS保证数据原子性。
Java内存模型中重排序
什么是重排序？
解析过程：源代码 -> 编译器优化重排序（编译期间） -> 指令级并行重排序 -> 内存系统重排序 -> 最终执行指令序列
- 存在数据有依赖性，不会进行重排序
写后读，写后写，都后写
//如果有以下代码
int a = 1;
int b = 2;
int c = a + b;
上面代码可以发现，变量c是依赖于变量a、b，所以c的顺序是固定的，但是a和b互不依赖，所以a和b的执行顺序并不是按照编写的顺序来进行的，也有可能先执行b再执行a。但是不会对c进行调整，因为存在数据依赖性。
- 存在控制依赖性，不会进行重排序
int a = 2;
int b = 3;
int c = 0;
boolean flag = true;
if(flag){
c = a*b;
}
上面代码可以看到，a、b、c、可能发生重排序。但是在if和c=a*b是不会发生重排序的。但是在操作系统中，也会出现猜测执行，即可能会先执行a*b，将结果存放到重排序缓存中，当flag为true的时候，就可以直接将缓存中的值拿出来进行赋值，但是也会出现猜测执行时，a和b还没有进行赋值，所以也有可能会猜测失败，猜测失败就会重新进行计算。
禁止重排序 - 内存屏障（强制刷出cache）
在编译期间，会在生成指令序列的时候，会在一些禁止重排序的地方，插入内存屏障从而禁止操作系统对指令进行重排序。
volatile关键字就是通过该方式来保证数据的可见性
- Load1;LoadLoad;Load2 确保Load1的数据装载，是在Load2及之后所有指令之前进行装载，即Load1装载完毕之后，后面的才能够装载。
- Store1;StoreStore;Store2 确保Store1资源已经刷新到内存，即对其他处理器可见时，才会去执行Store2或之后的指令。
- Load1;LoadStore;Store2 确保Load1的数据装载之后才会执行Store2。
- Store1;StoreLoad;Load1 确保Store1刷新回内存之后，才会去执行Load1（x86只提供该指令）。
临界区
临界区表示在synchronized代码块，即进入同步块和退出同步块。
在临界区内的代码会发生重排序。
Happens - Befores
两个操作之间具有happens-before关系，并不意味着前一个操作必须要在后一个操作之前执行！
happens-before仅仅要求前一个操作（执行的结果）对后一个操作可见，且前一个操作按顺序排在第 二个操作之前。
- 前者表示，对于Java程序员来说，一个操作happens-before另一个操作，那么第一个操作的执行结果将对第二个操作可见，而且第一个操作的执行顺序排在第二个操作之前。（就是说前一个指令必须在下一个指令之前完成，至少在执行下一个指令之前，能看到上一个指令执行的结果）
- 后者表示，对于编译器和处理器来说，两个操作之间存在happens-before关系，并不意味着Java平台的具体实现必须要按照happens-before关系指定的顺序来执行。如果重排序之后的执行结果，与按happens-before关系来执行的结果一致，那么这种重排序是允许的。（就上面的代码来说，c依赖于a、b，操作系统完全可以把ab的顺序发生更改，c不会感知到其顺序的改变，只关注结果，不关注过程）
int a = 1;
int b = 2;
int c = a*b;
从上面代码看到：
- ① a happens-befores b
- ② b happens-befores c
- ③ 由①和②推算出 a happens-befores c
由此可见，②和③的执行，如果发生了变化，那么执行结果将不是预期的，所以JMM会禁止编译器和处理器对其进行重排序，但是①和②进行重排序是不会对③的执行结果改变，所以是允许对①和②进行重排序
转载：https://blog.csdn.net/weixin_42666318/article/details/106095714