阿里巴巴做公司网站,wordpress获取导航菜单,做网站以后的趋势,机械网站怎么做引言 在多线程并发编程中synchronized和Volatile都扮演着重要的角色#xff0c;Volatile是轻量级的synchronized#xff0c;它在多处理器开发中保证了共享变量的“可见性”。可见性的意思是当一个线程修改一个共享变量时#xff0c;另外一个线程能读到这个修改的值。 它在某…引言 在多线程并发编程中synchronized和Volatile都扮演着重要的角色Volatile是轻量级的synchronized它在多处理器开发中保证了共享变量的“可见性”。可见性的意思是当一个线程修改一个共享变量时另外一个线程能读到这个修改的值。 它在某些情况下比synchronized的开销更小本文将深入分析在硬件层面上Inter处理器是如何实现Volatile的通过深入分析能帮助我们正确的使用Volatile变量。 相关厂商内容 StackOverFlow核心开发组工程师Marco分享《SO架构分析》、《SO本地化》 侧重业务引领技术开放竞合不忘初心——ArchSummit2014深圳站启动 《你应该更新的Java知识》——JavaOne Duke大奖得主郑晔北京QCon分享话题确认 《婚恋交友中的推荐系统应用》——世纪佳缘研发中心总监吴金龙确认QCon分享 《PM2.5的大数据分析》—— 英特尔中国研究院首席架构师姜小凡确认QCon分享 术语定义 术语 英文单词 描述 共享变量 在多个线程之间能够被共享的变量被称为共享变量。共享变量包括所有的实例变量静态变量和数组元素。他们都被存放在堆内存中Volatile只作用于共享变量。 内存屏障 Memory Barriers 是一组处理器指令用于实现对内存操作的顺序限制。 缓冲行 Cache line 缓存中可以分配的最小存储单位。处理器填写缓存线时会加载整个缓存线需要使用多个主内存读周期。 原子操作 Atomic operations 不可中断的一个或一系列操作。 缓存行填充 cache line fill 当处理器识别到从内存中读取操作数是可缓存的处理器读取整个缓存行到适当的缓存L1L2L3的或所有 缓存命中 cache hit 如果进行高速缓存行填充操作的内存位置仍然是下次处理器访问的地址时处理器从缓存中读取操作数而不是从内存。 写命中 write hit 当处理器将操作数写回到一个内存缓存的区域时它首先会检查这个缓存的内存地址是否在缓存行中如果存在一个有效的缓存行则处理器将这个操作数写回到缓存而不是写回到内存这个操作被称为写命中。 写缺失 write misses the cache 一个有效的缓存行被写入到不存在的内存区域。 Volatile的官方定义 Java语言规范第三版中对volatile的定义如下 java编程语言允许线程访问共享变量为了确保共享变量能被准确和一致的更新线程应该确保通过排他锁单独获得这个变量。Java语言提供了volatile在某些情况下比锁更加方便。如果一个字段被声明成volatilejava线程内存模型确保所有线程看到这个变量的值是一致的。 为什么要使用Volatile Volatile变量修饰符如果使用恰当的话它比synchronized的使用和执行成本会更低因为它不会引起线程上下文的切换和调度。 Volatile的实现原理 那么Volatile是如何来保证可见性的呢在x86处理器下通过工具获取JIT编译器生成的汇编指令来看看对Volatile进行写操作CPU会做什么事情。 Java代码 instance new Singleton();//instance是volatile变量 汇编代码 0x01a3de1d: movb $0x0,0x1104800(%esi); 0x01a3de24: lock addl $0x0,(%esp); 有volatile变量修饰的共享变量进行写操作的时候会多第二行汇编代码通过查IA-32架构软件开发者手册可知lock前缀的指令在多核处理器下会引发了两件事情。 将当前处理器缓存行的数据会写回到系统内存。这个写回内存的操作会引起在其他CPU里缓存了该内存地址的数据无效。处理器为了提高处理速度不直接和内存进行通讯而是先将系统内存的数据读到内部缓存L1,L2或其他后再进行操作但操作完之后不知道何时会写到内存如果对声明了Volatile变量进行写操作JVM就会向处理器发送一条Lock前缀的指令将这个变量所在缓存行的数据写回到系统内存。但是就算写回到内存如果其他处理器缓存的值还是旧的再执行计算操作就会有问题所以在多处理器下为了保证各个处理器的缓存是一致的就会实现缓存一致性协议每个处理器通过嗅探在总线上传播的数据来检查自己缓存的值是不是过期了当处理器发现自己缓存行对应的内存地址被修改就会将当前处理器的缓存行设置成无效状态当处理器要对这个数据进行修改操作的时候会强制重新从系统内存里把数据读到处理器缓存里。 这两件事情在IA-32软件开发者架构手册的第三册的多处理器管理章节第八章中有详细阐述。 Lock前缀指令会引起处理器缓存回写到内存。Lock前缀指令导致在执行指令期间声言处理器的 LOCK# 信号。在多处理器环境中LOCK# 信号确保在声言该信号期间处理器可以独占使用任何共享内存。因为它会锁住总线导致其他CPU不能访问总线不能访问总线就意味着不能访问系统内存但是在最近的处理器里LOCK信号一般不锁总线而是锁缓存毕竟锁总线开销比较大。在8.1.4章节有详细说明锁定操作对处理器缓存的影响对于Intel486和Pentium处理器在锁操作时总是在总线上声言LOCK#信号。但在P6和最近的处理器中如果访问的内存区域已经缓存在处理器内部则不会声言LOCK#信号。相反地它会锁定这块内存区域的缓存并回写到内存并使用缓存一致性机制来确保修改的原子性此操作被称为“缓存锁定”缓存一致性机制会阻止同时修改被两个以上处理器缓存的内存区域数据。 一个处理器的缓存回写到内存会导致其他处理器的缓存无效。IA-32处理器和Intel 64处理器使用MESI修改独占共享无效控制协议去维护内部缓存和其他处理器缓存的一致性。在多核处理器系统中进行操作的时候IA-32 和Intel 64处理器能嗅探其他处理器访问系统内存和它们的内部缓存。它们使用嗅探技术保证它的内部缓存系统内存和其他处理器的缓存的数据在总线上保持一致。例如在Pentium和P6 family处理器中如果通过嗅探一个处理器来检测其他处理器打算写内存地址而这个地址当前处理共享状态那么正在嗅探的处理器将无效它的缓存行在下次访问相同内存地址时强制执行缓存行填充。 Volatile的使用优化 著名的Java并发编程大师Doug lea在JDK7的并发包里新增一个队列集合类LinkedTransferQueue他在使用Volatile变量时用一种追加字节的方式来优化队列出队和入队的性能。 追加字节能优化性能这种方式看起来很神奇但如果深入理解处理器架构就能理解其中的奥秘。让我们先来看看LinkedTransferQueue这个类它使用一个内部类类型来定义队列的头队列Head和尾节点tail而这个内部类PaddedAtomicReference相对于父类AtomicReference只做了一件事情就将共享变量追加到64字节。我们可以来计算下一个对象的引用占4个字节它追加了15个变量共占60个字节再加上父类的Value变量一共64个字节。 /** head of the queue */
private transient final PaddedAtomicReference QNode head;/** tail of the queue */private transient final PaddedAtomicReference QNode tail;static final class PaddedAtomicReference T extends AtomicReference T {// enough padding for 64bytes with 4byte refs Object p0, p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7, p8, p9, pa, pb, pc, pd, pe;PaddedAtomicReference(T r) {super(r);}}public class AtomicReference V implements java.io.Serializable {private volatile V value;//省略其他代码 为什么追加64字节能够提高并发编程的效率呢 因为对于英特尔酷睿i7酷睿 Atom和NetBurst Core Solo和Pentium M处理器的L1L2或L3缓存的高速缓存行是64个字节宽不支持部分填充缓存行这意味着如果队列的头节点和尾节点都不足64字节的话处理器会将它们都读到同一个高速缓存行中在多处理器下每个处理器都会缓存同样的头尾节点当一个处理器试图修改头接点时会将整个缓存行锁定那么在缓存一致性机制的作用下会导致其他处理器不能访问自己高速缓存中的尾节点而队列的入队和出队操作是需要不停修改头接点和尾节点所以在多处理器的情况下将会严重影响到队列的入队和出队效率。Doug lea使用追加到64字节的方式来填满高速缓冲区的缓存行避免头接点和尾节点加载到同一个缓存行使得头尾节点在修改时不会互相锁定。 那么是不是在使用Volatile变量时都应该追加到64字节呢不是的。在两种场景下不应该使用这种方式。第一缓存行非64字节宽的处理器如P6系列和奔腾处理器它们的L1和L2高速缓存行是32个字节宽。第二共享变量不会被频繁的写。因为使用追加字节的方式需要处理器读取更多的字节到高速缓冲区这本身就会带来一定的性能消耗共享变量如果不被频繁写的话锁的几率也非常小就没必要通过追加字节的方式来避免相互锁定。转载于:https://www.cnblogs.com/aiguang/p/3578510.html
