07JVM_内存模型和CAS与原子类
一、内存模型
1.java内存模型
Java内存结构是JMM（Java Memory Model）的意思。JMM定义了一套在多线程读写共享数据（成员变量，数组）时，对数据的原子性，见性，有序性的规则和保障。
1.1 原子性
什么是原子性?
原子性是指一个操作是不可中断的，即使多个线程一起执行，一个线程一旦开始，就不会被其他线程干扰。
如何保证原子性
①synchronized(同步关键字)
synchronized(对象){
原子操作代码
}从第一个线程开始，给这个对象加锁，可以安全执行原子操作代码。其他线程需要排队等候
用synchronized解决并发问题
②各种Lock
synchronized 和各种 Lock 可以保证任一时刻只有一个线程访问该代码块，因此可以保障原子性
1.2 可见性
什么是可见性?
可见性是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。
如何保证可见性
在 Java 中，可以借助synchronized、volatile 以及各种 Lock 实现可见性。如果我们将变量声明为 volatile ，这就指示 JVM，这个变量是共享且不稳定的，每次使用它都到主存中进行读取。
volatile
修饰成员变量和静态成员变量，避免线程从自己的工作缓存查找变量的值，必须到主存获取它的值，线程操作volatile变量都是直接操作主存
1.3有序性
什么是有序性?
①由于指令重排序问题，代码的执行顺序未必就是编写代码时候的顺序。
②指令重排序可以保证串行语义一致，但是没有义务保证多线程间的语义也一致 ，所以在多线程下，指令重排序可能会导致一些问题。
③在Java中，volatile关键字可以禁止指令进行重排序优化
2.happens-before
介绍
happens-before规定哪些写操作对其他线程的读操作可见。是可见性与有序性的一套规则。
如何保证
①volatile
②synchronized
二、CAS与原子类
1.CAS无锁并发概述
1.介绍
①CAS全称compare and swap比较并交换
②当多个线程同时操作同一个资源，只能有一个线程操作成功。但是不会阻塞其他线程，其他线程只会收到操作失败的信号。
③CAS是一个乐观锁
补充
乐观锁：认为数据在一般情况下不会产生冲突，所以在数据提交更新的时候，才会对数据是否产生并发冲突进行检测，如果发现并发冲突，则返回错误信息，返回的错误信息可以根据自己的业务进行处理
悲观锁：总是假设最坏的情况，每次在获取共享数据的时候，都认为别人会修改，所以每次都在获取数据的时候加锁。共享资源每次只会给一个线程使用，其他线程阻塞，用完再把资源给其他线程
2.工作流程
读写的内存值V
进行比较的值A
需要写入的新值B
①内存中的原数据V，旧值A，修改的新值B。
②比较A与V是否相等
③如果相等，将B写入V(交换)
④返回操作是否成功
3.代码分析
多个线程对一个共享的整型变量执行+1操作
①CAS不加锁，使用while(true)死循环不管尝试/
②共享变量是从内存读取的，所以保证变量的可见性。使用volatile修饰
③调用compareAndSwap(旧值，新值)进行比较。
④compareAndSwap操作成功，退出循环。
⑤compareAndSwap操作失败，说明其他线程把这个共享变量修改了。需要再次循环读取
注意：
①CAS和volatile结合实现无锁并发，适用竞争不激烈，多核CPU（循环重试）
②竞争激烈，重试频繁发生，降低效率
③没有使用用synchronized，线程不会阻塞，提升效率。
4.CAS的缺点
①ABA问题，CAS更新操作的时候检查内存值是否变化，没有变化更新内存值。如果原来内存值A，后来变成B，然后再变回A。出现ABA问题，CAS检查没有变化，实际变化了。解决方法就是变量前面加一个版本号，每次更新版本号加1。这样变化成了1A2B3A
②循环时间长，开销大。CAS操作长时间不成功，会导致一直循环。CPU开销大
③只保证一个共享变量的原子操作。对一共享变量执行操作时，CAS能够保证原子操作，但对多个共享变量操作时，CAS无法保证操作的原子性。
2.CAS底层实现
介绍
CAS底层是依赖一个Unsafe类直接调用操作系统底层的CAS指令。
调用UnSafe类中的CAS方法，JVM会帮我们实现出CAS汇编指令
部分代码
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}参数说明
this Unsafe对象
valueOffset 共享变量的地址
expect 旧值
update 新值
如果原子变量中的 value 值等于 expect，则使用 update 值更新该值并返回 true，否则返回 false。
3.原子操作类
juc提供原子操作类，可以提供线程安全的操作。AtomicInteger,AtomicBoolean。底层实现是CAS+volatile实现