之前的文章有提到过“高并发”的问题，那么今天我们就来好好说说Java并发编程与高并发基础概念吧~
并发与高并发基本概念
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。
注:
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：服务器能同时处理很多请求，提高程序性能
CPU多级缓存-缓存一致性
CPU多级缓存
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）。
CPU cache有什么意义
时间局部性：如果某个数据被访问，那么在不久的将来它很可能被再次访问；
空间局部性：如果某个数据被访问，那么与它相邻的数据很快也可能被访问。
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
MESI协议中的状态
- M——Modified 修改：指的是该缓存行只被缓存在该CPU的缓存中，并且是被修改过的，因此他与主存中的数据是不一致的，该缓存行中的数据需要在未来的某个时间点（允许其他CPU读取主存相应中的内容之前）写回主存，然后状态变成E（独享）
- E——Exclusive 独享：指的是该缓存行只被缓存在该CPU的缓存中，是未被修改过的，与主存的数据是一致的，可以在任何时刻当有其他CPU读取该内存时，变成S（共享）状态，当CPU修改该缓存行的内容时，变成M（被修改）的状态
- S——Share 共享：意味着该缓存行可能会被多个CPU进行缓存，并且该缓存中的数据与主存数据是一致的，当有一个CPU修改该缓存行时，其他CPU是可以被作废的，变成I(无效的)
- I——Invalid 无效：代表这个缓存是无效的，可能是有其他CPU修改了该缓存行
- local read：读本地缓存的数据
- local write：将数据写到本地缓存里面
- remote read：将内存中的数据读取到缓存中来
- remote write：将缓存中的数据写会到主存里面
CPU多级缓存-乱序执行优化
处理器为提高运算速度而作出违背代码原有顺序的优化
JAVA内存模型
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，因为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，缺点是由于要在运行时动态分配，所以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，缺点是存在栈中的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，byte，double，float，boolean，char，对象句柄。
java内存模型要求调用栈和本地内存变量存放在线程栈（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，这时他们获得的是这个对象的私有拷贝。
计算机硬件架构
JVM 与硬件内存架构的关联
Java内存模型抽象结构
Java内存模型-同步八种操作
- lock（锁定）：作用于主内存的变量，把一个变量标识为一条线程独占状态
- 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
- 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
- load（载入）：作用于工作内存的变量，它把read操作从内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中
- 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
- assign（赋值）：作用于工作内存的变量，它把一个从执行引擎接收到的值赋值给工作内存的变量
- 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
- write（写入）：作用于主内存的变量，它把store操作从工作内存中的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
- 如果要把一个变量从主内存中复制到工作内存，就需要按顺序地执行read和load操作，如果把变量从工作内存中同步回主内存中，就要按顺序地执行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，而没有保证必须是连续执行
- 不允许read和load、store和write操作之一单独出现
- 不允许一个线程丢弃它的最近assign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
- 不允许一个线程无原因地（没有发生过任何assign操作）把数据从工作内存同步回主内存中
- 一个新的变量只能再主内存中诞生，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assign和load操作
- 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操作可以被同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，变量才会被解锁。lock和unlock必须成对出现
- 如果对一个变量执行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
- 如果一个变量事先没有被lock操作锁定，则不允许对它执行unlock操作；也不允许去unlock一个被其他线程锁定的变量
- 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（执行store和write操作）
Java内存模型-同步操作与规则
并发的优势与风险
优点
- 速度：同时处理多个请求，响应更快；复杂的操作可以分成多个进程同时进行
- 设计：程序设计在某些情况下更简单，也可以有更多的选择
- 资源利用：CPU能够在等待IO的时候做一些其他的事情
缺点
- 安全性：多个线程共享数据时可能会产生于期望不相符的结果
- 活跃性：某个操作无法继续进行下去时，就会发生活跃性问题，比如死锁、饥饿等问题
- 性能：线程过多时会使得:CPU频繁切换，调度时间增多，同步机制，消耗过多内存
今天我们的文章就到这了，小伙伴对于并发编程与高并发有没有进一步的认识呢？如果你还有更多的疑问，欢迎在文章下方留言
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