java并發編程的基礎

這篇文章主要介紹“java并發編程的基礎”，在日常操作中，相信很多人在java并發編程的基礎問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”java并發編程的基礎”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！

CPU多級緩存

為什么需要CPU緩存?

原因是，CPU的頻率太快了，快到主存跟不上，這樣在處理器時鐘周期內，CPU常常需要等待主存，浪費資源。所以cache的出現，是為了緩解CPU和內存之間速度的不匹配問題。

CPU緩存有什么意義？

• 時間局部性：如果某個數據被訪問，那么在不久的將來它很有可能被再次訪問。

• 空間局部性：如果某個數據被訪問，那么與它相鄰的數據很快也可能被訪問。

CPU多級緩存-緩存一致性（MESI）

用于保證多個CPU cache之間緩存共享數據的一致

CPU多級緩存-亂序執行優化

處理器為了提高執行速度而做出的違背代碼原有順序的優化。在單核情況下沒有問題，但是在多核環境下會出現問題。

JAVA內存模型（Java Memory Model，JMM）

這是一種規范，規范了Java虛擬機與計算機內存是如何協同工作的，規定了一個線程如何以及何時可以看到其他線程修改共享變量的值并且如何同步訪問共享變量。

如上圖所示，java內存模型要求，調用棧和本地變量存放在線程棧上，如圖中Thread Stack，對象存放在堆中（Heap）。本地變量Local variable2是一個指向對象的引用，Local variable存放在線程棧上，但對象存放在堆上。存放在堆上的對象可以被所持有對這個對象引用的線程訪問，并且可以訪問這個對象的成員變量，而當兩個線程同時訪問object3上的同一個方法時，都會訪問方法中的成員變量，那么每一個線程會擁有這個對象成員變量的私有拷貝。

線程之間的通信必須經過主內存，例如線程A想要與線程B進行通信，線程A需要將共享變量的副本刷新到主內存中，然后線程B讀取主內存的線程A更新過的共享變量。因此會出現同步問題。

同步往往有8種操作：

• lock（鎖定）：作用于主內存的變量，把一個變量標識為一條線程獨占狀態。

• unlock（解鎖）：作用于主內存的變量，把一個處于鎖定狀態的變量釋放出來，釋放后的變量才可以被其他線程鎖定。

• read（讀取）：作用于主內存的變量，把一個變量值從主內存傳輸到線程的工作內存中，以便隨后的load動作使用

• load（載入）：作用于工作內存的變量，它把read操作從主內存中得到的變量放入工作內存的變量副本中。

• use（使用）：作用于工作內存的變量，把工作內存中的一個變量值傳遞給執行引擎。

• assign（賦值）：作用于工作內存的變量，它把一個執行引擎接收到的值賦值給工作內存的變量。

• store（存儲）：作用于工作內存的變量，把工作內存中的一個變量的值傳送到主內存中，以便隨后的write操作。

• write（寫入）：作用于主內存的變量，它把store操作從工作內存中一個變量的值傳送到主內存的變量中。

同步規則：

• 如果要把一個變量從主內存中復制到工作內存，就需要按順序的執行read和load操作；如果把變量從工作內存中同步回主內存中，就要按順序地執行store和write操作。但java內存模型只要求上述操作必須按順序執行，而沒有保證必須是連續執行。

• 不允許read和load、store和write操作之一單獨出現。

• 不允許一個線程丟棄它的最近assign的操作，即變量在工作內存中改變了之后必須同步到主內存中。

• 不允許一個線程無原因的（沒有發生過任何assign操作）把數據從工作內存同步回主內存中。

• 一個新的變量只能在主內存中誕生，不允許在工作內存中直接使用一個未被初始化（load或assign）的變量。即就是對一個變量實施use和store操作之前，必須先執行過assign和load操作。

• 一個變量在同一時刻只允許一條線程對其進行lock操作，但lock操作可以被同一條線程重復執行多次，多次執行lock后，只有執行相同次數的unlock操作，變量才會被解鎖。lock和unlock必須成對出現。

• 如果對一個變量執行lock操作，將會清空工作內存中此變量的值，在執行引擎使用這個變量前需要重新執行load或assign操作初始化變量的值。

• 如果一個變量事先沒有被lock操作鎖定，則不允許對它執行unlock操作；也不允許去unlock一個被其他線程鎖定的變量。

• 對一個變量執行unlock操作之前，必須先把此變量同步到主內存中（執行store和write操作）

并發的優勢與風險

優勢：

• 速度：同時處理多個請求，響應更快；復雜的操作可以分成多個進程同時進行。

• 設計：程序設計在某些情況下更簡單，也可以有更多的選擇。

• 資源利用：CPU能夠在等待IO的時候做一些其他的事情。

風險：

• 安全性：多個線程共享數據時可能會產生與期望不相符的結果

• 活躍性：某個操作無法繼續進行下去時，就會發生活躍性問題。比如死鎖、饑餓等問題。

• 性能：線程過多會使得CPU頻繁切換，調度時間增多，同步機制，消耗過多內存。

到此，關于“java并發編程的基礎”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續學習更多相關知識，請繼續關注億速云網站，小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章！