首先給自己一個(gè)介紹，本人是一個(gè)蠢笨蠢笨的女程序員，由于有一天突然覺悟了，想在學(xué)習(xí)的過程中寫一些筆記，以前一直不敢開始這個(gè)事情，因?yàn)槲液ε聦戝e(cuò)了，誤導(dǎo)了別人，現(xiàn)在還是害怕，如果真的誤導(dǎo)了同行，你們也輕點(diǎn)噴我 哈哈哈

接下來進(jìn)入正題，今天來記錄一下我自己學(xué)到的東西，Java相關(guān)的硬件知識(shí)，說到這個(gè)我們先談?wù)動(dòng)?jì)算機(jī)的最重要的組成部分，跟我們寫程序聯(lián)系比較緊密的部分：

先來看看計(jì)算機(jī)的組成，如下圖:

一、cpu(計(jì)算機(jī)的重要組成部分)

cpu是計(jì)算機(jī)的核心組成部分，功能主要是解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)，cpu中有一個(gè)重要的部件，就是時(shí)鐘發(fā)生器，他就像人的心臟，推動(dòng)著cpu進(jìn)行一步一步的計(jì)算，比如我計(jì)算3+2需要多少步驟，通過時(shí)鐘發(fā)生器不斷的通電斷電給cpu信號(hào)，推動(dòng)cpu進(jìn)行計(jì)算(比較粗略的理解)

PC:Program Counter 程序計(jì)數(shù)器(每個(gè)線程私有) 記錄當(dāng)前指令的地址

Registers: 寄存器 暫時(shí)存儲(chǔ)cpu計(jì)算需要用到的數(shù)據(jù)

ALU：Arithmetic & Login Unit 邏輯運(yùn)算單元

ALU邏輯運(yùn)算單元，當(dāng)一個(gè)線程獲得執(zhí)行時(shí)間片開始執(zhí)行，需要進(jìn)行運(yùn)算的時(shí)候，那么ALU從寄存器中取出某個(gè)線程的數(shù)據(jù)來進(jìn)行運(yùn)算，

此處有一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，就是現(xiàn)在說的超線程，比如兩核四線程、四核八線程，是怎么實(shí)現(xiàn)的，比如原來的單核單線程，就是一個(gè)cpu的一個(gè)核里面只有一組PC(程序計(jì)數(shù)器)和Registers(寄存器)，當(dāng)一個(gè)線程獲得執(zhí)行時(shí)間片時(shí)，需要將前一個(gè)線程的數(shù)據(jù)先保存起來，再將自己的數(shù)據(jù)放入PC和Registers，而超線程的實(shí)現(xiàn)，就是cpu的一個(gè)核里面有兩組PC和Registers，當(dāng)其中的一個(gè)線程獲得執(zhí)行的時(shí)間片之后，ALU可以直接去該線程對(duì)應(yīng)的PC和Registers取得數(shù)據(jù)，節(jié)省線程切換的消耗，達(dá)到提升性能的目的，如下圖：

CU:Control Unit 控制單元(本人還沒理解透徹)

MMU：Memory Management Unit 內(nèi)存管理單元(本人還沒理解透徹)

cache:緩存

cpu和內(nèi)存的速度比大概是100：1，緩存就是為了解決cpu和內(nèi)存的速度差異，緩存分為L1、L2、L3,cpu的每一個(gè)核都擁有獨(dú)立的L1、L2這兩級(jí)緩存，L3是所有核共享的，如下圖：

下面我們?cè)俳榻B緩存行的概念，緩存行是cpu緩存系統(tǒng)中的基本單位，當(dāng)cpu從內(nèi)存當(dāng)中讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候，并不是你需要某個(gè)字節(jié)就只讀取某個(gè)字節(jié)，而是將你需要的字節(jié)所在的內(nèi)存塊讀取到緩存行，因?yàn)楦鶕?jù)一定的預(yù)測，可能需要的數(shù)據(jù)也不只是這一個(gè)字節(jié)，也許周圍的數(shù)據(jù)你也是需要的，這樣的讀取也可以提高效率

到這里，再記錄一個(gè)與緩存行有關(guān)的知識(shí)，MESI協(xié)議，緩存一致性協(xié)議是指一個(gè)緩存行，在不同的cpu中被修改之后，要保證數(shù)據(jù)一致，每個(gè)緩存行都有額外的兩個(gè)位來存儲(chǔ)緩存行的狀態(tài)(modified、exclusive、shared、invalid),當(dāng)處于同一個(gè)緩存行的數(shù)據(jù)，在A(cpu的內(nèi)核)處被修改，那么B處的緩存行將變成失效狀態(tài)，當(dāng)B需要修改同一個(gè)緩存行的數(shù)據(jù)時(shí)，需要重新從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)再進(jìn)行修改，緩存一致性協(xié)議有MSI,MESI(Intel)、synapse、Firely、Dragon等，不同品牌的cpu使用不同的緩存一致性協(xié)議

此處有一個(gè)問題叫偽共享，我們以Intel cpu舉例，當(dāng)cpu的兩個(gè)核分別修改了同一個(gè)緩存行中的獨(dú)立變量時(shí)，實(shí)際上兩個(gè)變量是互不影響的，但是由于他們?cè)谝粋€(gè)緩存行中，當(dāng)A修改了a,B中的緩存行就會(huì)變成失效狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候如果B修改b，就必須要先提交A中的緩存行，然后B再去內(nèi)存當(dāng)中讀取這個(gè)緩存行進(jìn)行修改，此操作應(yīng)該是一個(gè)并行操作，但是由于緩存一致性，卻變成了串行，反而降低了效率

解決辦法是,緩存行對(duì)齊：對(duì)于一些特別敏感的數(shù)字，會(huì)存在線程高競爭的訪問，可以使用緩存行對(duì)齊的編程方式

JDK7中，很多采用long padding提高效率

JDK8，加入了@Contended注解

需要加上：JVM -XX:-RestrictContended

二、內(nèi)存(計(jì)算機(jī)的重要組成部分)(下次研究哈哈哈哈)

創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎(jiǎng)勵(lì)來咯，堅(jiān)持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎(jiǎng)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java需要掌握的底层知识_java程序员需要知道的底层知识（一）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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