Java并发编程基础

墨蓝 2022-03-18 07:16 290阅读 0赞

> 此文记录了自己学习Java并发编程的基础知识，其中的图示并非原创。

## 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**换入或者换出（上下文切换)，外界看这些线程是同时存在，每个线程都处于某种**状态**，如果运行在多核处理器上，程序中的线程将分配到各个处理器核上，也可以同时运行。

> 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 High Concurrency ##

通过设计保证系统能**同时处理多个请求**。

> 服务能处理很多请求，提高程序性能

## 并发编程知识体系 ##

*  线程安全  
    原子性、可见性、有序性；Atomic;CAS算法；synchroized与Lock；volatile…
 *  线程封闭  
    堆栈；ThreadLocal；JDBC；
 *  线程调度  
    Tread；线程池；Executor，ThreadPoolExecutor;
 *  同步容器
 *  并发容器
 *  AQS  
    CountDownLatch，Semaphore，ReentrantLock，Furture，ForkJoin，BlockingQueue
 *  J.U.C
 *  其他  
    死锁；多线程；Spring线程安全；ConcurrentHashMap

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nY2hhbzg1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 高并发解决思路 ##

*  扩容  
    水平扩展、垂直扩展
 *  缓存  
    Redis、Memcache、Guava
 *  队列  
    Kafka、RabbitMQ、RocketMQ
 *  拆分  
    Dubbo、Spring Cloud 微服务
 *  服务降级与熔断  
    Hystrix
 *  分库分表  
    分库、分表、多数据源

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nY2hhbzg1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

## CPU 多级缓存 ##

#### 高速缓存的配置 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nY2hhbzg1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

> 从缓存到多级缓存。主存（Main Memory）与高速缓存（Cache）都链接到系统总线（Bus）上。

#### CPU缓存的意义（局部性原理）： ####

*  时间局部性：如果某个数据被访问，那么在不久后它将可以再次被访问
 *  空间局部性：如果某个数据被访问，那么它相邻的数据很快可能被访问

#### 缓存一致性 MESI ####

用于保证多个CPU cache之间缓存共享数据的一致性

## Java 内存模型 JMM ##

规定了一个线程如何和何时可以看到其他线程修改过的共享变量的值，以及在必须时如何同步地访问共享变量。

Java 内存模型抽象结构  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nY2hhbzg1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

> 共享变量的副本就是常说的**私有拷贝**

*  主内存是硬件
 *  本地内存是Java内存模型的抽象概念，不真实存在

### 同步的八种操作 ###

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>操作</th> 
   <th>名称</th> 
   <th>作用区域</th> 
   <th>说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>锁定</td> 
   <td>Lock</td> 
   <td>主内存</td> 
   <td>标识变量为独占</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>解锁</td> 
   <td>unlock</td> 
   <td>主内存</td> 
   <td>释放锁定的变量</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>读取</td> 
   <td>read</td> 
   <td>主内存</td> 
   <td>将变量的值从主内存传输到工作内存</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>载入</td> 
   <td>load</td> 
   <td>工作内存</td> 
   <td>把read的值放入工作内存的变量副本</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>使用</td> 
   <td>use</td> 
   <td>工作内存</td> 
   <td>将工作内存的值传递给执行引擎</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>赋值</td> 
   <td>assign</td> 
   <td>工作内存</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>存储</td> 
   <td>store</td> 
   <td>工作内存</td> 
   <td>工作内存到传到主内存</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>写入</td> 
   <td>write</td> 
   <td>主内存</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nY2hhbzg1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

## 并发的优势与风险 ##

*  优势
    
     *  速度：同时处理更多的请求，响应更快；复杂的请求可以同时进行
     *  设计：程序设计在某些情况下更简单
     *  资源利用：CPU能在等待IO时做更多事
 *  风险
    
     *  安全性：多个行程共享数据时可能产生与预期不相符的结果
     *  活跃性：某操作不能执行下去时可能产生死锁
     *  性能：线程调度变多，消耗过多内存

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