高并发编程01 ~ 开篇

如果你是一个资深的Java开发工程师,那么多线程与高并发变成便是一个不可或缺的知识组成部分,本文来源

一、并发编程基础概念

  1. CPU的多级缓存

    • CPU缓存结构图:


      主存-缓存-CPU

      主存-多级缓存-CPU
    • 缓存存在的意义:增大CPU的利用率。因为内存的速度和CPU的速度相差实在太大,所以引入多级缓存来减少CPU资源的浪费。

      • 时间局部性:很多的资源在很短一段时间内会多次访问,所以有了缓存就会减少直接和主存的数据读写,提高访问率;
      • 空间局部性:我们在访问的资源的时候,内存中,这个资源周围的资源也很有可能被访问;
    • CPU多级缓存的一致性协议(MESI:Modified,Exclusive,Share,Invalid)


      MESI
      • M:该缓存行只被缓存在当前CPU的缓存中,已经被修改,还没有把修改的数据写回主存,所以与主存的数据是不一致的;
      • E:当M的被修改的数据写回到主存,那么就是Exclusive状态了,缓存行只被缓存在当前CPU的缓存中,即E状态的缓存数据被修改之后就会进入M状态,当其他CPU读取这块缓存的时候转化为S态;
      • S:该缓存行可能被多个CPU缓存,并且各个缓存的数据与主存保持一致,如果其他的CPU修改了缓存数据,那么其他CPU中的缓存数据就会作废,这个时候缓存数据就进入了I态,即无效状态;
    • 乱序执行优化

    • JAVA内存模型(Java Memory Model:JMM)

      • 参考JVM初识
        JVM缓存架构图

        CPU缓存运行硬件架构图

        JVM内存模型与硬件架构的差异

        线程和主存关系
      • 同步的8中操作:
        1. lock:作用于主存的变量,把一个线程标识为一个线程的独占状态;
        2. unlock:作用于主存的变量,把一个处于锁定状态的变量释放出来,释放后的变量才能被其他的线程锁定;
        3. read:作用于主存的变量,把一个主存中的变量传输到线程独占的内存中,便于后续的load使用;
        4. load:作用于工作内存的变量,创建read结果的一个副本;
        5. use:作用于工作内存的变量,把工作内存的变量传输给执行引擎;
        6. assign:作用于工作内存的变量,把执行引擎的结果传输到工作内存中;
        7. store:作用于工作内存的变量,把工作内存中的变量写回主存;
        8. write:作用于主存的变量,


          image.png
      • 并发的优势与风险


        并发的优势与风险
  2. 一些基本概念

    • 并发:针对只拥有单核CPU的场景下,任何一个时刻都只有一个任务在进行,但是每个任务被分配到很短的一个时间片上,这些时间片不断的轮播,造成感官上的同时运行,这种现象称为并发;
    • 并行和高并发(high concurrency):
      • 并行:指的是在同一时刻,多个任务真正的同时执行,针对多核CPU或者多CPU的机器;
      • 这里的高并发本质上指的是高并行处理任务,是互联网分布式系统架构设计中必须考虑的因素,高并发遇到的问题:多个线程同时抢夺同一个资源;

二、多线程的知识体系

  1. 线程安全
  2. 线程封闭
  3. 线程调度
  4. 同步容器
  5. 并发容器
  6. AQS
  7. JUC

三、高并发的解决思路

  1. 扩容
  2. 缓存
  3. 队列
  4. 拆分
  5. 服务降级与熔断
  6. 切库
  7. 分库分表
基础知识&核心知识图解
并发线程的处理
高并发处理的思路及手段
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