已知：

• java中的synchronized關鍵字能保證可見性，有序性，原子性；
• volatile關鍵字能保證可見性，有序性。

問題:

• 爲什麼java中的併發，在硬件層面不能保證，非要在JVM裏處理呢？
• 它們在硬件層面是如何對應保證的呢？
• java層面爲啥要加這兩個關鍵字才能保證java的併發特性呢？

指令重排序無法保證有序性

java中的一行行代碼，對應到硬件層面，就是一個個指令，現代處理器爲了加快編譯速度，有可能會亂序執行指令，這樣也就無法保證代碼的有序性了。

現代CPU緩存模型無法保證可見性和原子性

圖解CPU緩存模型

簡化版CPU緩存模型請移步：java進階(4)之volatile關鍵字深入詳解

1. 高速緩存中的tag表示數據所對應的內存地址，cacheline表示數據本身，flag表示數據狀態(E表示exclusive寫，S表示shared讀)

2. Java層面的讀寫數據，對應到硬件層面，就是主內存/高速緩存的讀寫;

3. 處理器與處理器之間的數據交互，或者說處理器與主內存的數據交互，是通過總線的嗅探機制來實現的，也可以說是緩存一致性協議(我把嗅探機制類比成java層面的EventBus)；

4. 現代CPU爲了加快讀寫速度，加入了寫緩衝器和無效隊列，但是這樣的話，數據只有讀寫完成了，才能進入到高速緩存/主內存，這樣會導致數據無法及時更新，從而無法保證原子性，可見性。

內存屏障保障有序性和可見性

有序性保障

• 每個volatile/synchronized寫操作前面，加StoreStore屏障，禁止上面的普通寫和volatile/synchronized重排；
• 每個volatile/synchronized寫操作後面，加StoreLoad屏障，禁止跟下面的volatile/synchronized讀/寫重排；
• 每個volatile/synchronized讀操作前面，加LoadLoad屏障，禁止上面的普通讀和volatile/synchronized讀重排；
• 每個volatile/synchronized讀操作後面，加LoadStore屏障，禁止下面的普通寫和volatile/synchronized讀重排。

可見性保障

• 被volatile/synchronized關鍵字修飾的變量或者代碼塊在加載之前，會去硬件底層執行refresh指令，將高速緩存/主內存的最新數據刷新到本地工作內存。
• 被volatile/synchronized關鍵字修飾的變量或者代碼塊在加載之後，會去硬件底層執行flush執行，將數據刷到高速緩存/主內存中。

synchronized中CAS機制保障原子性

被synchronized關鍵字修飾的代碼塊或者方法，會被指令monitorenter和monitorexit包裹，包裹的模塊可以稱之爲ObjectMonitor，當有線程進入時，會執行CAS加鎖，從而保證了原子性。