java程序员须要知道的底层知识（一）修改

首先给本身一个介绍，本人是一个蠢笨蠢笨的女程序员，因为有一天忽然觉悟了，想在学习的过程当中写一些笔记，之前一直不敢开始这个事情，由于我惧怕写错了，误导了别人，如今仍是惧怕，若是真的误导了同行，大家也轻点喷我 哈哈哈
接下来进入正题，今天来记录一下我本身学到的东西，Java相关的硬件知识，说到这个咱们先谈谈计算机的最重要的组成部分，跟咱们写程序联系比较紧密的部分：
先来看看计算机的组成，以下图:

1、cpu(计算机的重要组成部分)

cpu是计算机的核心组成部分，功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据，cpu中有一个重要的部件，就是时钟发生器，他就像人的心脏，推进着cpu进行一步一步的计算，好比我计算3+2须要多少步骤，经过时钟发生器不断的通电断电给cpu信号，推进cpu进行计算（比较粗略的理解）
PC:Program Counter 程序计数器(每一个线程私有) 记录当前指令的地址
Registers: 寄存器 暂时存储cpu计算须要用到的数据
ALU：Arithmetic & Login Unit 逻辑运算单元
    ALU逻辑运算单元，当一个线程得到执行时间片开始执行，须要进行运算的时候，那么ALU从寄存器中取出某个线程的数据来进行运算，
    此处有一个知识点，就是如今说的超线程，好比两核四线程、四核八线程，是怎么实现的，好比原来的单核单线程，就是一个cpu的一个核里面只有一组PC(程序计数器)和Registers(寄存器)，当一个线程得到执行时间片时，须要将前一个线程的数据先保存起来，再将本身的数据放入PC和Registers，而超线程的实现，就是cpu的一个核里面有两组PC和Registers，当其中的一个线程得到执行的时间片以后，ALU能够直接去该线程对应的PC和Registers取得数据，节省线程切换的消耗，达到提高性能的目的，以下图：

CU:Control Unit 控制单元（本人还没理解透彻）

MMU：Memory Management Unit 内存管理单元（本人还没理解透彻）
cache:缓存
    cpu和内存的速度比大概是100：1，缓存就是为了解决cpu和内存的速度差别，缓存分为L一、L二、L3,cpu的每个核都拥有独立的L一、L2这两级缓存，L3是全部核共享的，以下图：

下面咱们再介绍缓存行的概念，缓存行是cpu缓存系统中的基本单位，当cpu从内存当中读取数据的时候，并非你须要某个字节就只读取某个字节，而是将你须要的字节所在的内存块读取到缓存行，由于根据必定的预测，可能须要的数据也不仅是这一个字节，也许周围的数据你也是须要的，这样的读取也能够提升效率

到这里，再记录一个与缓存行有关的知识，MESI协议，缓存一致性协议是指一个缓存行，在不一样的cpu中被修改以后，要保证数据一致，每一个缓存行都有额外的两个位来存储缓存行的状态（modified、exclusive、shared、invalid）,当处于同一个缓存行的数据，在A（cpu的内核）处被修改，那么B处的缓存行将变成失效状态，当B须要修改同一个缓存行的数据时，须要从新从内存中读取数据再进行修改，缓存一致性协议有MSI,MESI(Intel)、synapse、Firely、Dragon等，不一样品牌的cpu使用不一样的缓存一致性协议
    此处有一个问题叫伪共享，咱们以Intel cpu举例，当cpu的两个核分别修改了同一个缓存行中的独立变量时，实际上两个变量是互不影响的，可是因为他们在一个缓存行中，当A修改了a,B中的缓存行就会变成失效状态，这个时候若是B修改b，就必需要先提交A中的缓存行，而后B再去内存当中读取这个缓存行进行修改，此操做应该是一个并行操做，可是因为缓存一致性，却变成了串行，反而下降了效率
    解决办法是,缓存行对齐：对于一些特别敏感的数字，会存在线程高竞争的访问，可使用缓存行对齐的编程方式
JDK7中，不少采用long padding提升效率

JDK8，加入了@Contended注解
须要加上：JVM -XX:-RestrictContended

2、内存(计算机的重要组成部分)（下次研究哈哈哈哈）