并发机制的底层实现原理

volatile是用来修饰被不同线程访问和修改的变量，编译器不会去假设这个变量的值。是轻量级的synchronized保证了共享变量的可见性，也就是当一个线程修改一个共享变量的时候，另外的线程能够读到这个修改的值，它不会引起线程上下文切换和调度。

如果一个字段被申明为volatile，java线程内存模型确保所有线程看到这个变量的值是一致的。

为了提高运行速度处理器不直接与内存进行通信

“原子”代表最小的单位，所以原子操作可以看做最小的执行单位，该操作在执行完毕前不会被任何其他任务或事件打断

处理器如何实现原子操作
32位 IA-32处理器基于对缓存加锁或总线加锁的方式来实现多处理器之间的原子操作。 首先处理器会自动保证基本的内存操作的原子性，保证从系统内存中读取或者写入的一个字节是原子的，意思是当一个处理器读取一个字节时，其他处理器不能访问这个字节的内存地址。但是复杂的内存操作处理器是不能自动保证其原子性的，比如跨总线宽度、跨多个缓存行的、和跨页表的访问，但是可以通过 总线锁定 和 缓存锁定两个机制来保存复杂内存操作的原子性

1. 使用总线锁定 保证原子性
   比如 多个处理器同时对共享变量进行读改写操作 多个处理器同时进行 读改写操作就不是原子的 比如进行两次i++操作 cpu1 执行i=i+1 cpu2 也从它的缓存中读取i进行+1操作 然后分别写入系统内存 这个时候 i的值是1 与期望值2 不同。
   解决这个问题的方法就是 保证CPU1读改写共享变量的时候，cpu2不能操作缓存了该共享变量内存地址的缓存。也就是使用总线锁，使得cpu1 独占共享内存。

2. 使用缓存锁保证原子性
   总线锁 把cpu和内存之间的通信锁住，其他处理器不能操作其他内存地址的数据，所以总线锁的开销比较大，于是就出现了缓存锁定。缓存锁定就是 内存区域如果被缓存在处理器的缓存行中，并且在Lock操作期间被锁定，那么当它执行锁操作回写到内存的时候，不会锁住总线，而是修改处理器内部的内存地址并允许它的缓存一致性来保证操作的原子性，因为缓存一致性机制会阻止同时修改由两个以上处理器缓存的内存区域数据，当其他处理器回写已被锁定的缓存行数据时，会使得缓存无效。

   有两种情况处理器不会使用缓存锁定
   1.操作的数据不能被缓存在处理其内部，或跨多个缓存行，会嗲用总线锁定

   2. 处理器不支持缓存锁定。

java实现原子操作

1. 通过锁和循环CAS(比较并交换)方式实现原子操作
   JVM的CAS操作正是利用了处理器提供的CMPXCHG指令实现的。

   JDK的并发包提供了一些类来支持原子操作 如 AtomicBoolean AtomicInteger AtomicLong 。

2. CAS实现原子操作的三大问题

   1. ABA问题 CAS需要在操作值得时候检查值有没有发生变化 如果 A -> B B -> A 则表面上是没有变化实际变化了,ABA的解决思路是使用版本号。在变量前追加版本号A B A 就会变成 1A 2B 3A JDK的Atomic包里面提供了一个类 AtomicStampedReference来解决ABA问题。这个类里面的CAS方法作用是首先检查当前引用是否等于预期引用和当前标志是否等于预期标志。
   2. 循环时间长 开销大
   3. 只能保证一个共享变量的原子操作，多个共享变量的事后可以用锁，或者把多个共享变量合并成一个共享变量来操作 比如 i=2 j=a 合并之后 ij=2a然后进行CAS操作

3.使用锁机制来实现原子操作
　　只有获得锁的线程才能够操作锁定的内存区域，JVM内部实现了 偏向锁、轻量级锁、互斥锁 除了偏向锁 其他方式都用了循环CAS