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java编程开发随着互联网的不断发展而被越来越多的程序员掌握，今天太原达内java培训就给大家简单介绍一下，java并发编程开发常见问题。

缓存导致的可见性问题

在单核时代，所有线程都在一颗CPU上执行，CPU缓存与内存的数据一致性相对容易维护。这是因为所有线程都操作同一个CPU的缓存，一个线程对缓存的写操作对其他线程来说是可见的。如下图所示，线程A和线程B都操作同一个CPU里的缓存。当线程A更新变量V的值时，线程B随后访问变量V将获得V的新值(即线程A更新过的值)。

然而，随着多核处理器的普及，数据一致性问题变得更加复杂。多核处理器中的每个核心都有自己的缓存，不同线程可能在不同核心上执行。因此，多核环境下，一个线程对某个核心缓存的写操作可能对在其他核心上运行的线程是不可见的。这可能导致不同线程访问的变量值不一致，从而引发潜在的并发问题。为解决多核环境下的数据一致性问题，研究人员和工程师们采用了多种同步和一致性机制。例如，内存屏障(memorybarrier)和缓存一致性协议(如MESI协议)可以确保多核处理器中的各个核心缓存保持一致。此外，多线程编程模型和原语(如互斥锁、信号量等)也被广泛应用于保证线程间的数据一致性和同步。

一个线程对共享变量的修改，另外一个线程能够立刻看到，我们称为可见性。

多核时代，每颗CPU都有自己的缓存，这时CPU缓存与内存的数据一致性就没那么容易解决了，当多个线程在不同的CPU上执行时，这些线程操作的是不同的CPU缓存。比如下图中，线程A操作的是CPU-1上的缓存，而线程B操作的是CPU-2上的缓存，很明显，这个时候线程A对变量V的操作对于线程B而言就不具备可见性了。这个就属于硬件程序员给软件程序员挖的“坑”。

线程切换带来的原子性问题

由于IO太慢，早期的操作系统就发明了多进程，即便在单核的CPU上我们也可以一边听着歌，一边写Bug，这个就是多进程的功劳。

操作系统允许某个进程执行一小段时间，例如50毫秒，过了50毫秒操作系统就会重新选择一个进程来执行(我们称为“任务切换”)，这个50毫秒称为“时间片”。

在一个时间片内，假设一个进程执行I/O操作，如读取文件。此时，该进程可以将自己标记为“休眠状态”，并主动释放CPU使用权。当文件读取完毕并加载到内存后，操作系统会唤醒处于休眠状态的进程，使其有机会重新获得CPU使用权。

进程在等待I/O操作完成期间释放CPU使用权的目的是充分利用CPU资源。这样，CPU可以在等待期间执行其他任务，从而提高使用率。此外，如果有其他进程同时进行I/O操作，这些操作将排队等待。磁盘驱动器在完成一个进程的读取操作后，会立即开始下一个排队的任务，从而提高I/O使用率。

尽管看似简单，但支持多进程分时复用在操作系统发展史上具有重要意义。例如，Unix操作系统因解决这一问题而广受赞誉。

早期操作系统依赖进程进行CPU调度。不同进程间不共享内存空间，因此进程切换时需切换内存映射地址。相反，一个进程创建的所有线程共享相同的内存空间，因此线程切换成本较低。现代操作系统主要基于更轻量级的线程进行调度。因此，当我们提到“任务切换”时，实际上是指“线程切换”。

线程之间共享内存空间的优点是提高了任务切换的效率，但同时也带来了潜在的竞争条件和数据不一致问题。为解决这些问题，研究人员开发了各种同步原语，如互斥锁、信号量等。这些同步原语可以确保线程间正确地访问共享数据，避免竞争条件的发生。

在现代操作系统中，线程作为轻量级调度单元，在提高系统性能和资源利用率方面发挥了重要作用。然而，线程调度和同步仍然面临挑战，需要程序员深入理解并发编程模型、同步机制和一致性策略，以编写出高性能且正确的多线程程序。

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