冯·诺依曼
美籍匈牙利科学家冯·诺依曼最先提出程序存储的思想,并成功将其运用在计算机的设计之中,根据这一原理制造的计算机被称为冯·诺依曼结构计算机。
冯.诺依曼计算机模型
先从内存中取出第一条指令,通过控制器的译码,按指令的要求,从存储器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等加工,然后再按地址把结果送到内存中去。接下来,再取出第二条指令,在控制器的指挥下完成规定操作。 按程序编排的顺序,一步一步地取出指令,自动地完成指令规定的操作是计算机最基本的工作模型 这一概念就是冯·诺依曼提出的。
冯·诺依曼又被称为 “现代计算机之父”。
计算机的五大组成部分
操作系统
CPU 与内存交互
JMM 与 JVM 内存区域的划分是不同的概念层次。 JMM 描述的是一组规则。 通过这组规则控制程序中各个变量在共享数据区域和私有数据区域的访问方式。
JMM(Java Memory Model) 简称 JMM 定义了 Java 虚拟机(JVM)在计算机内存(RAM)中的工作方式, 制定的一种规范。
通过这组规范定义了程序中各个变量(包括实例字段,静态字段和构成数组对象的元素)的访问方式。
因为在不同的硬件生产商和不同的操作系统下,内存的访问逻辑有一定的差异,结果就是当你的代码在某个系统环境下运行良好,并且线程安全,但是换了个系统就出现各种问题。Java 内存模型,就是为了屏蔽系统和硬件的差异,让一套代码在不同平台下能到达相同的访问结果。JMM 从 Java 5 开始的 JSR-133 发布后,已经成熟和完善起来。
线程修改私有数据, 直接在自己的工作空间当中修改。如果修改的是共享数据, 把数据复制到工作空间当中, 在工作空间中修改, 修改完成后,刷新到主内存当中去。
JVM 在设计的时候考虑到,如果 JAVA 线程每次读取和写入变量都直接操作主内存,对性能影响大。 所以每条线程拥有各自的工作内存,工作内存中的变量是主内存中的一份拷贝。 线程对变量的读取和写入,直接在工作内存中操作,而不能直接去操作主内存中的变量。 但是这样就会出现一个问题,当一个线程修改了自己工作内存中变量,对其他线程是不可见的,会导致线程不安全的问题。 JMM 制定了一套标准来保证开发者在编写多线程程序的时候,能够控制什么时候内存会被同步给其他线程。
lock-锁定:把主内存当中的一个变量标记为一条线程独占状态。 unlock-解锁:把一个处于锁定状态的变量解锁,解锁后后的变量才可以被其他线程锁定占用。 read-读取:把一个变量值从主内存读取到线程的工作内存当中。 load-载入:它把 read 操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中。 use-使用:把工作内存中的一个变量值传递给执行引擎使用。 assign-赋值:把一个从执行引擎接收到的值赋给工作内存的变量。 store-存储:把工作内存中的一个变量的值传送到主内存中。 write-写入:把 store 操作从工作内存中的一个变量的值传送到主内存的变量中。
CPU 为了提升执行效率,减少 CPU 与内存的交互(交互影响 CPU 效率)一般在 CPU 上集成了多级缓存架构。
CPU 读取数据时, 会先从自己的寄存器当中读取. 如果没有再从 Cache 当中读取数据. 如果 Cache 当中也没有,再从内存当中获取,然后再依次缓存。
构建数组
创建一个大的二维数组
/**
* @author BNTang
**/
public class DemoTest {
private static long[][] arrays;
public static void main(String[] args) {
// array[1024 * 1024][6] 空间大小的数组
arrays = new long[1024 * 1024][];
for (int i = 0; i < 1024 * 1024; i++) {
arrays[i] = new long[6];
for (int j = 0; j < 6; j++) {
arrays[i][j] = 1L;
}
}
}
}
两种方式将所有的元素进行求和
/**
* @author BNTang
**/
public class DemoTest {
private static long[][] arrays;
public static void main(String[] args) {
// array[1024 * 1024][6] 空间大小的数组
arrays = new long[1024 * 1024][];
for (int i = 0; i < 1024 * 1024; i++) {
arrays[i] = new long[6];
for (int j = 0; j < 6; j++) {
arrays[i][j] = 1L;
}
}
// 对所有元素遍历,进行求和
long sum = 0L;
// 记录起始赶时间
long start = System.currentTimeMillis();
// 对所有的元素进行求和
for (int i = 0; i < 1024 * 1024; i++) {
for (int j = 0; j < 6; j++) {
sum += arrays[i][j];
}
}
System.out.println("time: " + (System.currentTimeMillis() - start));
System.out.println("res: " + sum);
}
}
/**
* @author BNTang
**/
public class DemoTest {
private static long[][] arrays;
public static void main(String[] args) {
// array[1024 * 1024][6] 空间大小的数组
arrays = new long[1024 * 1024][];
for (int i = 0; i < 1024 * 1024; i++) {
arrays[i] = new long[6];
for (int j = 0; j < 6; j++) {
arrays[i][j] = 1L;
}
}
long sum = 0L;
long start = System.currentTimeMillis();
for (int j = 0; j < 6; j++) {
for (int i = 0; i < 1024 * 1024; i++) {
sum += arrays[i][j];
}
}
System.out.println("time: " + (System.currentTimeMillis() - start));
System.out.println("res: " + sum);
}
}
分析, 上面一种连续按行读取读取
下面一种是按列读取
如果一个存储器的位置被引用,那么将来他附近的位置也会被引用。
假设 CPU1 从主内存当中读取一个共享数据 i = 1, 读取到 Cache 当中进行数据的修改, 把 i 修改为 2。
同时同一个 CPU 也从内存当中读取数据, 此时读取的结构可能是 1 也可能是 2, 如果 CPU1 把写的结果写到到内存中, CPU2 读取的就是 2, 如果 CPU1 没有把结果写回到主内存当中, CPU2 读取的就是 1。
弊端
: 降低了 CPU 的吞吐量。原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。
如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。
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