从缓存入门到并发编程三要素详解 Java中 volatile 、final 等关键字解析案例 _生活百科

引入高速缓存概念

在计算机在执行程序时，以指令为单位来执行，每条指令都是在CPU中执行的，而执行指令过程中，势必涉及到数据的读取和写入。
由于程序运行过程中的临时数据是存放在主存（物理内存）当中的，这时就存在一个问题，由于CPU执行指令的速度很快，而从内存读取数据和向内存写入数据的过程相对很慢，因此如果任何时候对数据的操作都要通过和内存的交互来进行，会大大降低指令执行的速度。因此就引入了高速缓存。
特性：缓存(Cache memory)是硬盘控制器上的一块内存，是硬盘内部存储和外界接口之间的缓冲器。

高速缓存作用呢？

预读取
?相当于提前加载，猜测你可能会用到硬盘相邻存储地址的数据，它会提前进行加载到缓存中，后面你需要时，CPU就不需要去硬盘读取数据，直接读取缓存中的数据传输到内存中就OK了，由于读取缓存的速度远远高于读取硬盘时磁头读写的速度，所以能够明显的改善性能。
对写入动作进行缓存
?硬盘接到写入数据的指令之后，并不会马上将数据写入到盘片上，而是先暂时存储在缓存里，然后发送一个“数据已写入”的信号给系统，这时系统就会认为数据已经写入，并继续执行下面的工作，而硬盘则在空闲(不进行读取或写入的时候)时再将缓存中的数据写入到盘片上。
换到应用程序层面也就是，当程序在运行过程中，会将运算需要的数据从主存复制一份到CPU的高速缓存当中，那么CPU进行计算时就可以直接从它的高速缓存读取数据和向其中写入数据，当运算结束之后，再将高速缓存中的数据同步到主存当中。

举个简单的例子，比如下面的这段代码：
【从缓存入门到并发编程三要素详解 Java中 volatile 、final 等关键字解析案例】i = i + 1;

当线程执行这个语句时，会先从主存当中读取i的值，然后复制一份到高速缓存当中，然后CPU执行指令对i进行加1操作，然后将数据写入高速缓存，最后将高速缓存中i最新的值刷新到主存当中。
这个代码在单线程中运行是没有任何问题的，但是在多线程中运行就会有问题了（存在临界区）。在多核CPU中，每条线程可能运行于不同的CPU中，因此每个线程运行时有自己的高速缓存区（对单核CPU来说，其实也会出现这种问题，只不过是以线程调度的形式来分别执行的）。

比如有两个线程像下列执行顺序：

线程一执行 i = i + 1，线程二执行var = i
线程二此时去主存中获取变量 i，线程一只是在高速缓存中更新了变量，还未将变量i写会主存
线程二读到的i不是最新值，此时多线程导致数据不一致

?类似上面这种情况即为缓存一致性问题。读写场景、双写场景都会存在缓存一致性问题，但读读不会。前提是需要在多线程运行的环境下，并且需要多线程去访问同一个共享变量。
?这里的共享又可以回到上文中，即为上面所说，他们每个线程都有自己的高速缓存区，但是都是从同一个主存同步获取变量。
那么这种问题应该怎样解决呢？
解决缓存不一致问题（硬件层面）

总线加锁模式
- 由于CPU在执行命令和其他组件进行通信的时候都需要通过总线，倘若对总线加锁的话，线程一执行i = i + 1 整个命令过程中，其他线程是无法访问主存的。
- 优缺只有一个，可以解决本问题；缺点的话除了优点全是缺点，效率低，成本高·····（谁也不会让一个主存同时只能干一件事）
缓存一致性协议
- 协议可以保证每个缓存中使用的共享变量的副本是一致的，原理：CPU对主存中的共享变量有写入操作时，会立即通知其他CPU将该变量缓存行置为无效状态。其他CPU发现该变为无效状态时，就会重新去主存中读取该变量最新值。
- 优点就是可以解决问题，读多写少效率还OK；缺点就是实现繁琐，较耗费性能，在对于写多的场景下效率很不可观

? 问题：线程为什么会不安全？
?答：共享资源不能及时同步更新，归根于分时系统上下文切换时指令还未执行完毕 (没有写回结果) 更新异常
引入并解释并发编程特性?众所周知现在的互联网大型项目，都是采用分布式架构同时具有其“三高症状” ，高并发、高可用、高性能。高并发为其中最重要的特性之一，在高并发场景下并发编程就显得尤为重要，其并发编程的特性为原子性、可见性、有序性。