java程序員須要知道的底層知識（一）修改

首先給本身一個介紹，本人是一個蠢笨蠢笨的女程序員，因爲有一天忽然覺悟了，想在學習的過程當中寫一些筆記，之前一直不敢開始這個事情，由於我懼怕寫錯了，誤導了別人，如今仍是懼怕，若是真的誤導了同行，大家也輕點噴我 哈哈哈
接下來進入正題，今天來記錄一下我本身學到的東西，Java相關的硬件知識，說到這個咱們先談談計算機的最重要的組成部分，跟咱們寫程序聯繫比較緊密的部分：
先來看看計算機的組成，以下圖:

1、cpu(計算機的重要組成部分)

cpu是計算機的核心組成部分，功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據，cpu中有一個重要的部件，就是時鐘發生器，他就像人的心臟，推進着cpu進行一步一步的計算，好比我計算3+2須要多少步驟，經過時鐘發生器不斷的通電斷電給cpu信號，推進cpu進行計算（比較粗略的理解）
PC:Program Counter 程序計數器(每一個線程私有) 記錄當前指令的地址
Registers: 寄存器 暫時存儲cpu計算須要用到的數據
ALU：Arithmetic & Login Unit 邏輯運算單元
    ALU邏輯運算單元，當一個線程得到執行時間片開始執行，須要進行運算的時候，那麼ALU從寄存器中取出某個線程的數據來進行運算，
    此處有一個知識點，就是如今說的超線程，好比兩核四線程、四核八線程，是怎麼實現的，好比原來的單核單線程，就是一個cpu的一個核裏面只有一組PC(程序計數器)和Registers(寄存器)，當一個線程得到執行時間片時，須要將前一個線程的數據先保存起來，再將本身的數據放入PC和Registers，而超線程的實現，就是cpu的一個核裏面有兩組PC和Registers，當其中的一個線程得到執行的時間片以後，ALU能夠直接去該線程對應的PC和Registers取得數據，節省線程切換的消耗，達到提高性能的目的，以下圖：

CU:Control Unit 控制單元（本人還沒理解透徹）

MMU：Memory Management Unit 內存管理單元（本人還沒理解透徹）
cache:緩存
    cpu和內存的速度比大概是100：1，緩存就是爲了解決cpu和內存的速度差別，緩存分爲L一、L二、L3,cpu的每個核都擁有獨立的L一、L2這兩級緩存，L3是全部核共享的，以下圖：

下面咱們再介紹緩存行的概念，緩存行是cpu緩存系統中的基本單位，當cpu從內存當中讀取數據的時候，並非你須要某個字節就只讀取某個字節，而是將你須要的字節所在的內存塊讀取到緩存行，由於根據必定的預測，可能須要的數據也不僅是這一個字節，也許周圍的數據你也是須要的，這樣的讀取也能夠提升效率

到這裏，再記錄一個與緩存行有關的知識，MESI協議，緩存一致性協議是指一個緩存行，在不一樣的cpu中被修改以後，要保證數據一致，每一個緩存行都有額外的兩個位來存儲緩存行的狀態（modified、exclusive、shared、invalid）,當處於同一個緩存行的數據，在A（cpu的內核）處被修改，那麼B處的緩存行將變成失效狀態，當B須要修改同一個緩存行的數據時，須要從新從內存中讀取數據再進行修改，緩存一致性協議有MSI,MESI(Intel)、synapse、Firely、Dragon等，不一樣品牌的cpu使用不一樣的緩存一致性協議
    此處有一個問題叫僞共享，咱們以Intel cpu舉例，當cpu的兩個核分別修改了同一個緩存行中的獨立變量時，實際上兩個變量是互不影響的，可是因爲他們在一個緩存行中，當A修改了a,B中的緩存行就會變成失效狀態，這個時候若是B修改b，就必需要先提交A中的緩存行，而後B再去內存當中讀取這個緩存行進行修改，此操做應該是一個並行操做，可是因爲緩存一致性，卻變成了串行，反而下降了效率
    解決辦法是,緩存行對齊：對於一些特別敏感的數字，會存在線程高競爭的訪問，可使用緩存行對齊的編程方式
JDK7中，不少採用long padding提升效率

JDK8，加入了@Contended註解
須要加上：JVM -XX:-RestrictContended

2、內存(計算機的重要組成部分)（下次研究哈哈哈哈）