并发
同时拥有两个或者多个线程,如果程序在单核处理器上运行,多个线程将交替地换入或者换出内存,这些线程是同时“存在”的,每个线程都处于执行过程中的某个状态,如果运行在多核处理器上,此时,程序中的每个线程都将分配到一个处理器核上,因此可以同时运行。
高并发
是互联网分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一,它通常是指,通过设计保证系统能够同时并行处理很多请求。
两者区别:
并发:多个线程操作相同的资源,保证线程安全,合理使用资源。
高并发:服务能同时处理很多请求,提高程序性能。
CPU多级缓存
L1,L2,L3级缓存
为什么需要CPU缓存:
CUP的频率太快了,快到主存跟不上,这样在处理器时钟周期内,CPU常常需要等待主存,浪费资源。所以缓存Cache的出现,是为了缓解CPU和内存之间速度的不匹配问题。(结构:CPU->Cache->memory)
CPU缓存有什么意义:
1)时间局部性:如果某个数据被访问,那么在不久的将来它很多能再次被访问。
2)空间局部性:如果某个数据被访问,那么与它相邻的数据很快也可能被访问。
缓存一致性(MESI协议)
M:modify E:Exclusive独享 S:share I:invalid
用于保证多个CPU cache之间缓存共享数据的一致。
乱序执行优化:
处理器为提高运算速度而做出违背代码原有顺序的优化。
并发时的JVM的内存模型
如下图所示,线程在栈中,一般新建的本地变量都在堆中。每一个在栈中的线程获得的都是堆中的变量、方法的拷贝。
抽象模型:
java内存模型同步操作与规则
Lock(锁定)、Unlock(解锁)、Read(读取)、Load(载入)、Use(使用)、Assign(赋值)、Store(存储)、Write(写入)
如果要把一个变量从主内存中复制到工作内存,就需要按顺序地执行read和load操作,如果把变量从工作内存中同步回主内存中,就要按顺序地执行store和write操作。但JVM只要求上述操作必须按顺序执行,而没有保证必须是连续执行;
不允许read和load、store和write操作之一单独出现;
不允许一个线程丢弃它的最近assign的操作,即变量在工作内存中改变了之后必须同步到主存中;
不允许一个线程无原因地(没有发生过任何assign操作)把数据从工作内存同步回主内存中;
一个新的变量只能在主存中诞生,不允许在工作内存中直接使用一个未被初始化(load或assign)的变量。即就是对一个变量实施use和store操作之前,必须先执行过了assign和load操作;
一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作,但lock操作可以被同一条线程重复执行多次,多次执行lock后,只有 执行相同次数的unlock操作,变量才会被解锁。lock和unlock必须成对出现;
如果对一个变量执行lock操作,将会清空工作内存中此变量的值,在执行引擎使用这个变量前需要重新执行load或assign操作初始化变量的值。
线程安全性:
当多个线程访问某个类时,不管运行时环境采用何种调度方式或者这些进程将如何交替执行,并且在调试代码中不需要任何额外的同步或协同,这个类都能表现出正确的行为,那么就称这个类是线程安全的。
原子性:提供了互斥访问,同一时刻只能有一个线程来对它进行操作;
可见性:一个线程对主内存的修改可以及时的被其他线程观察到;
有序性:一个线程观察其他线程中的指令执行顺序,由于指令重排序的存在,该观察结果一般杂乱无序。
原子性,可见性,有序性:
原子性,一般涉及线程同步的问题;
导致共享变量在线程间不可见的原因:
线程交叉执行;
重排序结合线程交叉执行;
-
共享变量更新后的值没有在工作内存与主存间及时更新。
有序性:
java内存模型中,允许编译器和处理器对指令进行重排序,但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行,却会影响到多线程并发执行的正确性。
happens-before原则
1.程序次序规则:一个线程内,按照代码顺序,书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作;
2.锁定规则:一个unlock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作;
3.volatile变量规则:对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作;
4.传递规则:如果操作A先行发生于操作B,而操作B又先行发生与操作C,则可以得出操作A先行发生于操作C;
5.线程启动规则:Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作;
6.线程中断规则:对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生;
7.线程终结规则:线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测,我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回手段检测到线程已经终止执行;
8.对象终结规则:一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始。
最后
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