一、概述
TPS：Transactions Per Second 每秒处理事务，是衡量一个服务性能高低的重要指标
二、硬件的效率与一致性
绝大多数运算任务需要处理器和内存进行 IO 交互。
计算机的存储设备与处理器的运算速度有几个数量级的差距，因此高速缓存被用来做为缓冲。
高速缓存：将运算所需要的数据复制到缓存中，让运算能够快速进行，结束后再从缓存同步回主内存之中。
每个处理器都有自己的高速缓存，这样会带来缓存一致性的问题。所以需要遵循一些协议来避免这个问题。
不同的物理机有不同的内存模型，Java 虚拟机也有自己的内存模型。
三、Java 内存模型
Java 虚拟机用 Java 内存模型来屏蔽各种硬件和操作系统的内存访问差异，以实现一致的内存访问效果。
1、主内存与工作内存
- 变量包括实例字段、静态字段和构成数组对象的元素，但不包括局部变量与方法参数，因为他们是线程私有的
-
所有的变量都存储在主内存中，每条线程有自己的工作内存
- 线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存中的变量
- 不同线程也无法访问对方工作内存中的变量
2、内存间相互操作
- lock：将主内存的变量标识为一条线程独占的状态
- unlock：将主内存的变量，从锁定状态释放出来
- read：将主内存的变量传输到工作线程的内存中，方便 load 使用
- load：将 read 获取的主内存变量的值放入工作内存的变量副本中
- use：将工作内存中的一个变量的值传递给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值的字节码指令时，就会执行这个操作
- assign：将从执行引擎接受到的值赋值给工作内存的变量，每当虚拟机遇到一个赋值的指令就执行这个操作
- store：将工作内存中一个变量的值传送到主内存中，方便 write 使用
- write：将 store 操作获取的值放入主内存的变量中
操作规则：
- 不允许 read/load 、store/write 之一单独出现
- 不允许一个线程丢弃她最近的 assign 操作，即变量在工作内存中修改之后必须同步回主内存
- 不允许一个线程无原因的（没有发生 assign 操作）把数据同步回主内存
- 一个新的变量只能在主内存中产生，不允许工作内存中直接使用一个未被 load 或assign 的变量
- 对一个变量 unlock 之前，必须先把此变量同步回主内存
3、volatile 语义
当一个变量用 volatile 修饰之后，具有两种特性：
- 保证此变量对于所有线程的可见性，所有修改会立即更新到主存
- 但是 Java 里的运算并非原子操作，导致 volatile 变量的运算在并发下一样是不安全的
- 禁止指令重排序优化
除了以下两种场景，我们都要加锁（synchronized 或者原子类）来保证原子性：
- 运算结果并不依赖变量的当前值，或者可以确保只有单一的线程修改变量的值
- 变量不需要与其他的状态变量共同参与不变约束
4、对于 long 和 double类型变量的特殊规则
允许虚拟机将没有被 volatile 修饰的 64 位数据的读写操作，划分为两次 32 位的操作来进行，这就是 long 和 double 的非原子性协定。
不过虚拟机还是选择将这些操作实现为原子性的操作。
5、原子性、可见性和有序性
1）原子性：基本数据类型的访问读写是具备原子性的。Synchronized 块之间的操作也是原子性的
2）可见性：当一个线程修改了变量的值，其他线程可以立即看到。volatile、synchronized、final 都可以保证可见性
3）有序性：如果在本线程内观察，所有的操作都是有序的，如果观察其他线程，所有的操作都是无序的。volatile 和 synchronized 可以保证线程之间的有序性。
6、先行发生原则
先行发生是 Java 内存模型中定义的两项操作之间的偏序关系，如果说 A 先行发生于 B，那么就是 B 发生之前，A 的影响能被 B 观察到。
Java 内存模型中天然的先行发生关系，这些关系无需任何同步器协助就已经存在：
- 程序次序规则：在一个线程内，前面代码的操作先于后面的
- 管程锁定规则：一个 unlock 操作先发生于后面对于同一个锁的 lock 操作
- volatile 变量规则：对于一个 volatile 变量的写操作先行发生于后面对于这个变量的读操作
- 线程启动规则：thread 的 start 方法先行发生于此线程的每一个动作
- 线程终止规则：线程的所有操作都先行发生于终止检测
- 线程中断规则：对 interrupt 方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生
- 对象终结规则：对象的构造函数先行于 finalize
- 传递性
四、Java 与线程
1、线程的实现
线程是比进程更轻量级的调度单位，各个线程既可以共享进程资源，又可以独立调度。
1）使用内核线程实现
- 内核线程 KTL（Kernel-Level Thread）是直接由操作系统内核支持的线程。
- 由内核来负责完成线程切换。
- 内核通过操纵调度器来对线程进行调度
- 程序一般通过内核线程的高级接口——轻量级进程LWP（Light Weight Process），就是通常意义上的线程 ，和内核是 1：1的关系
缺点：
- 各种线程的创建同步操作，都需要进行系统调用
- 系统调用需要在用户态和内核态中来回切换，所以代价很高
- 每个轻量级进程都需要一个内核支持，所以一个系统支持的轻量级进程是有限的
2）使用用户线程实现
- 户线程是完全建立在用户空间的线程库上，系统内核不能感知线程存在的实现。
- 用户线程的建立同步销毁和调度全部在用户态中完成，不需要内核的帮助。操作快速而且低消耗，可以支持大规模的线程
- 进程与用户线程是1：N
缺点：
- 没有内核的支援，所有线程操作都要自己处理，很复杂
- 处理阻塞等问题会无法解决
3）混合实现
内核线程与用户线程一起使用。
- 用户线程的创建切换依然廉价，并且支持大规模并发
- 内核提供线程调度和处理器映射，大大降低了整个进程被阻塞的风险
- 进程与用户线程是 N:M 的关系
4）Java 线程的实现
Sun JDK 的 Windows 和 Linux 版本使用 1 对 1 的线程模型
Solaris 平台，可以同时支持 1 对 1 和 多对多的线程模型
2、Java 线程调度
分为协同式线程调度和抢占式线程调度。
协同式线程调度：
- 线程的执行时间由线程本身来控制，当自己的事情做完之后才会通知下一个线程
- 实现简单，但是容易阻塞
抢占式线程调度：
- 每个线程由系统来分配时间，线程的切换不由线程本身来确定
- 不会有一个线程导致整个进程阻塞的问题
3、状态转换
