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,高速切换感觉同时执行。如果运行多核处理器上,此时,程序中的每个线程将分配到一个处理器核上,因此可以真正的同时运行。
高并发:高并发(High Cuncurrency)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 同时并发处理 很多请求。
其实当我们讨论并发时主要关注的是以下几点:
而在讨论高并发是关注的是以下几点:
比如在12306抢票,淘宝双11等都需要考虑高并发
在单核时代处理器做出的乱序优化不会导致执行结果远离预期目标,但在多核环境下却并非如此。在多核时代,由多核cpu同时执行指令,同时还引入的l1、l2等缓存机制,每个核都有自己的缓存,就导致了逻辑顺序上后写入的数据未必真的最后写入。如果我们不做任何防护措施,就会出现处理器得出的结果和我们逻辑得出的结果大不相同。 比如:我们在一个cpu核心上执行写入操作,并在最后写入一个标记来表示该操作已经写入好了。然后从另外一个核上通过判断这个标记来确定所需要的数据是否已经就绪,这种做法就存在一定风险:标记位先被写入但数据操作并未完成。导致另外一个核使用了错误数据。
内存模型可以理解为在特定的操作协议下,对特定的内存或者高速缓存进行读写访问的过程抽象,不同架构下的物理机拥有不一样的内存模型,Java虚拟机也有自己的内存模型,即Java内存模型(Java Memory Model, JMM)。在C/C++语言中直接使用物理硬件和操作系统内存模型,导致不同平台下并发访问出错。而JMM的出现,能够屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异,实现平台一致性,是的Java程序能够“一次编写,到处运行”。
Java线程之间的通信由Java内存模型(本文简称为JMM)控制,JMM决定一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见。
线程A和线程B要进行通信,必须先将数据刷新到主内存,线程B再从主内存读取线程A更新过的变量。
比如多个线程同时修改一个变量:线程A 先从主内存中获取共享变量(a=2),然后在自己本地内存中计算(a+2),然后写入到主内存。 但此时B也从主内存获取(a=2),在本地内存改变(a+2).写入到主内存。 在计算过程中两个线程间的数据是不可见的,此时就会出现结果不正确情况。
Java内存模型的主要目标是定义程序中各个变量的访问规则,即在虚拟机中将变量存储到内存和从内存中取出变量这样底层细节。此处的变量与Java编程时所说的变量不一样,指包括了实例字段、静态字段和构成数组对象的元素,但是不包括局部变量与方法参数,后者是线程私有的,不会被共享。
Java内存模型中规定了所有的变量都存储在主内存中,每条线程还有自己的工作内存(可以与前面讲的处理器的高速缓存类比),线程的工作内存中保存了该线程使用到的变量到主内存副本拷贝,线程对变量的所有操作(读取、赋值)都必须在工作内存中进行,而不能直接读写主内存中的变量。不同线程之间无法直接访问对方工作内存中的变量,线程间变量值的传递均需要在主内存来完成,线程、主内存和工作内存的交互关系如下图所示,和上图很类似。
注意:这里的主内存、工作内存与Java内存区域的Java堆、栈、方法区不是同一层次内存划分,这两者基本上没有关系。
由上面的交互关系可知,关于主内存与工作内存之间的具体交互协议,即一个变量如何从主内存拷贝到工作内存、如何从工作内存同步到主内存之间的实现细节,Java内存模型定义了以下八种操作来完成:
如果要把一个变量从主内存中复制到工作内存,就需要按顺寻地执行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。Java内存模型只要求上述两个操作必须按顺序执行,而没有保证必须是连续执行。也就是read和load之间,store和write之间是可以插入其他指令的,如对主内存中的变量a、b进行访问时,可能的顺序是read a,read b,load b, load a。
这8种内存访问操作很繁琐,后文会使用一个等效判断原则,即先行发生(happens-before)原则来确定一个内存访问在并发环境下是否安全。