Java并发之底层实现原理

悠悠 2021-08-13 22:57 366阅读 0赞

### 并发底层实现原理 ###

*  为什么引入并发
 *  并发带来的问题
 *  解决方案

# 为什么引入并发 #

我们引入并发的目的是为了提高CPU的利用率，比如在拥有多核的CPU中，如果程序以串行的方式执行，那么并不能利用其他核。其次，我们的程序中往往需要进行大量的I/O操作，而CPU给I/O接口DMA发出信号后，便处于空闲的状态，此时CPU并不能得到利用。所以通过并发，可以让我们更加充分的利用CPU，提高其利用率，提高程序的运行速度。

# 并发带来的问题 #

凡事都具有两面性，引入并发虽然可以提高CPU的利用率，但是如果不解决其带来的副作用，只会使我们的程序不安全，错误，事倍功半。  
      想必大家都敲过`i++`的代码，在多线程的环境下，执行结果并不符合我们的预期，这便是并发所带来的问题。  
      我们知道CPU为了提高其运算速度，避免频繁所内存中获取数据，设立了多级缓存（寄存器）。如果在缓存中找不到数据时，才去内存中寻找数据。

所以此时考虑`i++`的情况，当有线程A和线程B同时执行上面的代码时，它们首先将 i 的值读到寄存器中，然后在各自对寄存器中的值进行修改，最后刷新到主内存中，如此便造成刷新到主存的值相同，这便产生线程安全问题。

# 解决方案 #

1）**通过在总线加LOCK\#锁的方式**

在计算机中，总线是传输数据的通道，倘若一个线程在传输数据时，其他线程看到有线程正在使用总线，那么其他线程等待这个线程执行完在使用总线。此时回到`i++`的场景，线程A读取 i 的值放到自己的寄存器后，线程B也要读取，发现线程A正在读取中，那么其阻塞。然后线程A修改 i 的值传入到主存中，线程B才能开始读取，此时便可以解决线程安全问题。

但是如果锁主主线的话，导致其他与此数据无关的线程也无法传输数据，那么效率很低下。

2）**通过缓存一致性协议**

缓存一致性协议指：当CPU写数据时，如果发现操作的变量是共享变量（即在其他CPU中也存在该变量的副本），其他CPU通过嗅探机制发现该变量被修改后，则将其的缓存行设置为无效状态，因此当其他CPU需要读取这个变量时，如果发现自己缓存中缓存该变量的缓存行是无效的，那么就会从内存重新读取。

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