线程安全性是一个麻烦的难题~从而造成了多线程代码的难写的重要原因。那就从物理和JMM两个层面去了解安全性是如何出现问题的。

物理层面

由于计算机设备的计算能力不均，大致可分为，IO设备 < 内存  < CPU,由于计算能力相差太大。导致很多的地方需要用到缓存，大致的缓存模型如下：

一级缓存L1：包含数据缓存和指令缓存

二级缓存L2:   各个CPU私有

三级缓存L3:    各个CPU共有

java 安全CopyOnWriteArrayList java 安全缓存_缓存

有了缓存，就需要保持缓存和缓存之间，缓存和元数据之间保持一致，从图上来看要么使用总线锁(消耗过大)，要么使用缓存所，而缓存锁的实现就是通过缓存一致性协议。最常见的就是MESI(Modified, Exclusive, Shared, Invalid)。简单介绍下：

  1. M(Modify) 表示共享数据只缓存在当前 CPU 缓存中， 并且是被修改状态，也就是缓存的数据和主内存中的数 据不一致
  2. E(Exclusive) 表示缓存的独占状态，数据只缓存在当前 CPU 缓存中，并且没有被修改
  3. S(Shared) 表示数据可能被多个 CPU 缓存，并且各个缓 存中的数据和主内存数据一致
  4. I(Invalid) 表示缓存已经失效

在 MESI 协议中，每个缓存的缓存控制器不仅知道自己的 读写操作，也要监听其他缓存的操作。然后通过协议去更改自己缓存中数据的状态从而保证一致性。但是这样就带来了新的弊端，由于CPU速度最快，如果需要同步等待其他缓存控制器更新完了缓存ACK之后才能够进行下面操作指令的话，又会浪费CPU资源。所以，有引入了StoreBuffer机制。

java 安全CopyOnWriteArrayList java 安全缓存_缓存_02

StoreBuffer的生成是采用了异步的方式，即CPU处理完工作更新缓存之后就进行后面的工作，不管你缓存控制器是否完成相应的更新，缓存控制器只是发送缓存更新的消息，至于其他的缓存控制器的ACK完全是异步的。但是这样就又引入了一个问题，就是异步数据的不可控问题。不知道指令A和指令B谁先谁后完成，从而造成数据的不可控。

JMM

java memory model内存模型如下：

java 安全CopyOnWriteArrayList java 安全缓存_数据_03

各个线程的工作内存更新而不及时刷新到主内存，而另外一个工作内存不能及时通过主内存的到最新的值而进行操作，最后刷新到主内存中，造成了数据的覆盖~从而造成了线程安全问题。