机器硬件CPU与JMM

以你之姓@ 2024-04-17 05:57 32阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *   *  （1）CPU Cache模型
         *  （2）JMM (java memory model )

### （1）CPU Cache模型 ###

cpu与内存进行数据交互, 存在缓存.  
分为一级缓存,二级缓存, 三级缓存  
L1i 为一级缓存, 存放指令, L1d(data)存放数据.  
L2 为二级缓存  
L3 为三级缓存

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多个CPU都会去访问同一个内存空间 .  
每一个cpu都存在寄存器,  
cpu中数据是存放在寄存器中的,

cpu获取数据的方式:  
先从寄存器中取数据 , 如果取不到 , 那么去Cache中去取, Cache中如果取不到 , 那么去内存中去取数据,

接着: 内存 --> Cache–> 寄存器

内存容量大, Cache 容量小, 寄存器容量更小 .

**注意: 每一个CPU的Cache都是独立的.**  
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对于共享变量:  
如果要修改共享变量的值, 首先把共享变量读取到Cache缓存中来, cpu再去修改缓存中的数据.  
修改完成后, 再把数据返回给内存.

数据的不一致性问题:  
如果一个共享变量i, 某个cpu去修改的它值, 某个cpu去读取它的值.  
例如一个共享变量i=10 , 如果读取的线程在修改前读取那么读取的是10 , 如果读取在修改后, 那么可能读取的是9.  
因此可能存在数据不一致的问题.

解决数据不一致的问题方案:

1.  总线加锁  
    缺点 : 当你对某个cpu进行加锁后, 其他的cpu就不能使用这个总线了. 效率太低,粒度太大.
2.  缓存的一致性协议 MESI  
    a. 读操作: 不做任何事情, 把cache中的数据读取到寄存器  
    b. 写操作: 发出信号,通知其他的CPU, 将该变量的Cache line置为无效的状态, 其他的cpu要访问这个变量的时候, 只能从内存中获取数据.

Cache line 为线程的实现机制, cpu的缓存中会有很多的cache line 即数据线,

### （2）JMM (java memory model ) ###

主存 对应cpu的内存  
线程 对应cpu , 多个线程,对应多个cpu

每一个线程都有对应的工作空间.

![jmm内存模型图][jmm]

线程要获取数据时, 先从工作空间中获取, 如果获取不到则从主存中获取数据

JMM要解决的是主存中的数据是怎么和工作空间中的数据进行交互的

1.  主存中的数据,所有的线程都可以访问
2.  每个线程都有自己的工作空间. 即本地内存. 工作空间中存储的是对象的地址
3.  工作空间存储的数据: 局部变量, 内存的副本.
4.  线程不能直接修改内存中的数据, 只能把数据从主存中读取到工作空间中进行修改,修改完成后, 把数据刷新到内存.

JMM中工作空间中的数据, 可能是来源于cpu中的寄存器 , Cache缓存 或者内存.  
主存中的数据也是一样.

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