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本课程将结合大量图示及代码演示,带你掌握多线程并发编程(线程安全,线程调度,线程封闭,同步容器等)与高并发处理思路与手段(扩容,缓存,队列,拆分等),构建完整的并发与高并发知识体系
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:
高并发( High Concurrency) 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
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
- 左图为最简单的高速缓存的配置,数据的读取和存储都经过高速缓存,CPU核心与高速缓存有一条特殊的快速
通道;主存与高速缓存都连在系统总线上(BUS)这条总线还用于其他组件的通信- 在高速缓存出现后不久,系统变得越来越复杂,高速缓存与主存之间的速度差异被拉大,直到加入了另一级缓存,新加入的这级缓存比第一缓存更大,并且更慢,而且经济上不合适,所以有了二级缓存,甚至是三级缓存
为什么需要CPU Cache?
CPU 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
JAVA内存模型:
Heap(堆):
Java里的堆是一个运行时的数据区,堆是由垃圾回收来负责的,堆的优势是可以动态的分配内存大
小,生存期也不必事先告诉编译器,他是在运行时动态分配内存的,Java的垃圾回收器会定时收走
不用的数据,
缺点:由于要在运行时动态分配,所有存取速度可能会慢一些Stack(栈):
栈的优势是存取速度比堆要快,仅次于计算机里的寄存器,栈的数据是可以共享的,
缺点:是存在栈数据的大小与生存期必须是确定的,缺乏一些灵活性栈中主要存放一些基本类型的
变量,比如:int、short、long、bytedouble、float、boolean、char、对象句柄,
Java内存模型要求调用栈和本地变量存放在线程栈(Thread Stack)上,对象存放在堆上。
一个本地变量可能存放一个对象的引用,这时引用变量存放在本地栈上,但是对象本身存放在堆上
成员变量跟随着对象存放在堆上,而不管是原始类型还是引用类型,静态成员变量跟随着类的定义一起存在在堆上存在堆上的对象,可以被持有这个对象的引用的线程访问
如果两个线程同时访问同一个对象的私有变量,这时他们所拥有的是"这个对象的私有拷贝"(“这块要注意,很重要!!”)
从抽象的角度看 线程和主内存之间的关系
每个线程之间共享变量都存放在主内存里面,每个线程都有一个私有的本地内存
本地内存是Java内存模型中抽象的概念,并不是真实存在的(他涵盖了缓存写缓冲区。寄存器,以及其他硬件的优化)
本地内存中存储了以读或者写共享变量的拷贝的一个副本
从一个更低的层次来说,线程本地内存,他是CPU缓存,寄存器的一个抽象描述,而JVM的静态内存存储模型,
他只是一种对内存模型的物理划分而已,只局限在内存,而且只局限在JVM的内存
如果线程A和线程B要通信,必须经历两个过程:
1、A将本地内存变量刷新到主内存
2、B从主内存中读取变量
Java内存模型 - 八种同步操作
1.Lock(锁定):作用于主内存的变量,把一个变量标识变为一条线程独占状态
2.Unlock(解锁):作用于主内存的变量,把一个处于锁定状态的变量释放出来,释放后的变量才可以被其他线程锁定
3.Read(读取):作用于主内存的变量,把一个变量值从主内存传输到线程的工作内存中,以便随后的load动作使用
4.Load(载入):作用于工作内存的变量,它把Read操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中
5.Use(使用):作用于工作内存的变量,把工作内存中的一个变量值传递给执行引擎
6.Assign(赋值):作用于工作内存的变量,它把一个从执行引擎接受到的值赋值给工作内存的变量
7.Store(存储):作用于工作内存的变量,把工作内存中的一个变量的值传送到主内存中,以便随后的write的操作
8.Write(写入):作用于主内存的变量,它把Store操作从工作内存中一个变量的值传送到主内存的变量中
Java内存模型 - 同步规则
1.如果要把一个变量从主内存中赋值到工作内存,就需要按顺序得执行read和load操作,如果把变量从工作内
存中同步回主内存中,就要按顺序得执行store和write操作,但java内存模型只要求上述操作必须按顺
序执行,没有保证必须是连续执行,也就是说Read和Load、Store和Write之间是可以插入其他指令的
2.不允许read和load、store和write操作之一单独出现
3.不允许一个线程丢弃他的最近assign的操作,即变量在工作内存中改变了之后必须同步到主内存中
4.不允许一个线程无原因地(也就是说必须有assgin操作)把数据从工作内存同步到主内存中
5.一个新的变量只能在主内存中诞生,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load和assign操作
6.一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作,但lock操作可以同时被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,变量才会解锁,lock和unlock必须成对出现
7.如果一个变量执行lock操作,将会清空工作内存中此变量的值,在执行引擎中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
8.如果一个变量事先没有被lock操作锁定,则不允许他执行unlock操作,也不允许去unlock一个被其他线程
锁定的变量
9.对一个变量执行unlock操作之前,必须先把此变量同步到主内存中(其实就是执行store和write操作之后)
并发的优势和风险
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