java过滤器模式的提出，面试题附答案

Posted 2021-07-12 程序员超时空

二、解析

1. 硬件层的并发优化基础知识

存储器的层次结构图如下：

各级缓存耗时对比：

采用分层缓存的层次结构会带来数据不一致问题，如下图：

那么如何保证数据的一致性，现代CPU处理办法有两种：

(1) 锁系统总线；

(2) 利用缓存一致性协议MESI(Intel处理器用的比较多，还有很多其他的缓存一致性协议)，大致结构如下图：

2. CPU的乱序执行

CPU中有个乱序执行的概念，概念图如下：

CPU在执行指令的时候，往往不是顺序执行，但是会遵守as-if-serial原则，也就是最终一致性原则。CPU为了提高指令执行效率，会在一条指令执行过程中(比如去内存读数据)，去同时执行另一条指令，前提是这两条指令没有依赖关系。虽然指令执行顺序发生改变，但是不会影响单线程执行结果。多线程情况下为了不让CUP进行指令重排序，则需要用到Volatile关键字，因为Volatile的重要作用之一就是防止指令重排序。

CPU还会存在合并写的现象。当第一条指令往上级缓存写入数据时，由于上级缓存访问速度比较慢，可能第二条指令又对上一条指令的结果进行了修改，那么CPU将这两条指令合并的最终结果一次性的写入到缓存中，这就成为合并写。

3. 如何保证不乱序执行

(1) 内存屏障：java采用的是内存屏障，内存屏障其实就是一个CPU指令，在硬件层面上来说可以扥为两种：Load Barrier 和 Store Barrier即读屏障和写屏障。主要有两个作用：

a. 阻止屏障两侧的指令重排序；

b. 强制把写缓冲区/高速缓存中的脏数据等写回主内存，让缓存中相应的数据失效。

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