首先給自己一個介紹，本人是一個蠢笨蠢笨的女程序員，由于有一天突然覺悟了，想在學習的過程中寫一些筆記，以前一直不敢開始這個事情，因為我害怕寫錯了，誤導了別人，現在還是害怕，如果真的誤導了同行，你們也輕點噴我 哈哈哈

接下來進入正題，今天來記錄一下我自己學到的東西，Java相關的硬件知識，說到這個我們先談談計算機的最重要的組成部分，跟我們寫程序聯系比較緊密的部分：

先來看看計算機的組成，如下圖:

一、cpu(計算機的重要組成部分)

cpu是計算機的核心組成部分，功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據，cpu中有一個重要的部件，就是時鐘發生器，他就像人的心臟，推動著cpu進行一步一步的計算，比如我計算3+2需要多少步驟，通過時鐘發生器不斷的通電斷電給cpu信號，推動cpu進行計算(比較粗略的理解)

PC:Program Counter 程序計數器(每個線程私有) 記錄當前指令的地址

Registers: 寄存器 暫時存儲cpu計算需要用到的數據

ALU：Arithmetic & Login Unit 邏輯運算單元

ALU邏輯運算單元，當一個線程獲得執行時間片開始執行，需要進行運算的時候，那么ALU從寄存器中取出某個線程的數據來進行運算，

此處有一個知識點，就是現在說的超線程，比如兩核四線程、四核八線程，是怎么實現的，比如原來的單核單線程，就是一個cpu的一個核里面只有一組PC(程序計數器)和Registers(寄存器)，當一個線程獲得執行時間片時，需要將前一個線程的數據先保存起來，再將自己的數據放入PC和Registers，而超線程的實現，就是cpu的一個核里面有兩組PC和Registers，當其中的一個線程獲得執行的時間片之后，ALU可以直接去該線程對應的PC和Registers取得數據，節省線程切換的消耗，達到提升性能的目的，如下圖：

CU:Control Unit 控制單元(本人還沒理解透徹)

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

cache:緩存

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

下面我們再介紹緩存行的概念，緩存行是cpu緩存系統中的基本單位，當cpu從內存當中讀取數據的時候，并不是你需要某個字節就只讀取某個字節，而是將你需要的字節所在的內存塊讀取到緩存行，因為根據一定的預測，可能需要的數據也不只是這一個字節，也許周圍的數據你也是需要的，這樣的讀取也可以提高效率

到這里，再記錄一個與緩存行有關的知識，MESI協議，緩存一致性協議是指一個緩存行，在不同的cpu中被修改之后，要保證數據一致，每個緩存行都有額外的兩個位來存儲緩存行的狀態(modified、exclusive、shared、invalid),當處于同一個緩存行的數據，在A(cpu的內核)處被修改，那么B處的緩存行將變成失效狀態，當B需要修改同一個緩存行的數據時，需要重新從內存中讀取數據再進行修改，緩存一致性協議有MSI,MESI(Intel)、synapse、Firely、Dragon等，不同品牌的cpu使用不同的緩存一致性協議

此處有一個問題叫偽共享，我們以Intel cpu舉例，當cpu的兩個核分別修改了同一個緩存行中的獨立變量時，實際上兩個變量是互不影響的，但是由于他們在一個緩存行中，當A修改了a,B中的緩存行就會變成失效狀態，這個時候如果B修改b，就必須要先提交A中的緩存行，然后B再去內存當中讀取這個緩存行進行修改，此操作應該是一個并行操作，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,緩存行對齊：對于一些特別敏感的數字，會存在線程高競爭的訪問，可以使用緩存行對齊的編程方式

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、內存(計算機的重要組成部分)(下次研究哈哈哈哈)

創作挑戰賽新人創作獎勵來咯，堅持創作打卡瓜分現金大獎

總結

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）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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