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CPU原理图简概和缓存架构图(Volatile底层)&&并发编程-JMM模型&&DCL的volatile

2021-01-11 11:52:49   1  举报

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CPU原理图简概和缓存架构图jmm

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大纲/内容

L2 Cache

private void write(String s) { try { synchronized (this) {

CPU的运行原理就是：控制单元在时序脉冲的作用下，将指令计数器里所指向的指令地址(这个地址是在内存里的)送到地址总线上去，然后CPU将这个地址里的指令读到指令寄存器进行译码。对于执行指令过程中所需要用到的数据，会将数据地址也送到地址总线，然后CPU把数据读到CPU的内部存储单元(就是内部寄存器)暂存起来，最后命令运算单元对数据进行处理加工。周而复始，一直这样执行下去。

L3 Cache

ThreadB

CPU中有时钟周期的概念，CPU执行一行指令就是一个时钟周期。

while(true)有个底层算法，会优先抢占时间片，一直占用资源执行

进程

use指令

数据

控制单元

数据1...数据m

flag=true

主内存

指令

L1 Cache

CPU1(双核)

主内存RAM

write指令刷到主内存

指令1...指令n

load指令加载到本地内存进行初始化

一般电脑都是单CPU多核多逻辑处理器

flag=false

本地内存

CPU1

寄存器

CPU原理图简概和缓存架构图(Volatile底层)&&并发编程-JMM模型&&DCL的volatile

assgin指令用来回写修改的变量

assgin指令

也可以在while方法中加上一个打印语句，也可以跳出循环。原因是println和print底层是用synchronized锁住当前线程，synchronized会保证进入synchronized代码块之前的线程的，对共享变量的可见性，其他线程修改后的值是对线程A可见的。

操作数地址

运算单元

变量

指令寄存器

CPU Core2

通过use指令将本地内存中变量flag的值读取到CPU寄存器，执行代码逻辑：while(true)

public class Test {private static volatile int sum=0; /**如果用10或100这种小量的可能会出现结果准确 * 循环创建100个线程，每个线程执行100次sum++:单线程执行结果为1000000 * 但是多线程呢？不加volatile，结果肯定是小于1000000. * 但是为sum加上volatile，只能保证sum的可见性(缓存一致性)， * 却会因为缓存一致性机制的MESI协议 * 导致部分sum++无效执行，结果还是小于1000000 */ public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < 1000; i++) { Thread thread=new Thread(()->{ for (int j = 0; j < 1000; j++) { sum++; } }); thread.start(); }// for (int i = 0; i < 100; i++) {// for (int j = 0; j < 100; j++) {// sum++;// }// } System.out.println(\"换行\"); System.out.println(\"sum=\"+sum);//最终的结果还是不准确 try { Thread.currentThread().sleep(1000L); System.out.println(\"sleep=\"+sum);//循环次数小线程少的时候准确 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }}

CPU

CPU Core1

public void println(String x) { synchronized (this) { print(x); newLine(); } }

如何保证数据一致性：锁总线，如何cpu修改数据都通过锁总线的方式来保证数据一致性。但是这样相当于单线程执行。因此演化出缓存一致性机制。缓存一致性机制有很多种协议，目前大多数CPU都遵从的是MESI(M:修改、E:独占、S:共享、I:无效)，通过缓存行锁和总线嗅探机制来完成。

DCL(double check) 双重校验锁为何用 volatile

指令地址

CPU2(双核)

CPU1 Core1

store命令回写

Volatile底层

read指令读取出来

volatile底层就是通过lock指令触发缓存一致性协议，按上面的MESI协议保证多线程的共享变量可见性。