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写了多年代码，你却不知道的程序设计的5个底层逻辑( 七 )

程序设计


为了让应用程序免于数据竞争的干扰， Java 内存模型中定义了 happen-before 来描述两个操作的内存可见性，也就是 X 操作 happen-before 操作 Y ， 那么 X 操作结果 对 Y 可见 。
JVM 中针对 volatile 以及 锁 的实现有 happen-before 规则， JVM 底层通过插入内存屏障来限制编译器的重排序，以 volatile 为例，内存屏障将不允许 在 volatile 字段写操作之前的语句被重排序到写操作后面 ， 也不允许读取 volatile 字段之后的语句被重排序带读取语句之前 。插入内存屏障的指令，会根据指令类型不同有不同的效果，例如在 monitorexit 释放锁后会强制刷新缓存，而 volatile 对应的内存屏障会在每次写入后强制刷新到主存，并且由于 volatile 字段的特性，编译器无法将其分配到寄存器，所以每次都是从主存读取，所以 volatile 适用于读多写少得场景，最好只有个线程写多个线程读，如果频繁写入导致不停刷新缓存会影响性能 。
关于应用程序中设置多少线程数合适的问题，我们一般的做法是设置 CPU 最大核心数 * 2 ，我们编码的时候可能不确定运行在什么样的硬件环境中，可以通过 Runtime.getRuntime（).availableProcessors() 获取 CPU 核心 。
但是具体设置多少线程数，主要和线程内运行的任务中的阻塞时间有关系，如果任务中全部是计算密集型，那么只需要设置 CPU 核心数的线程就可以达到 CPU 利用率最高，如果设置的太大，反而因为线程上下文切换影响性能，如果任务中有阻塞操作，而在阻塞的时间就可以让 CPU 去执行其他线程里的任务，我们可以通过 线程数量=内核数量 / （1 - 阻塞率）这个公式去计算最合适的线程数，阻塞率我们可以通过计算任务总的执行时间和阻塞的时间获得 。
目前微服务架构下有大量的RPC调用，所以利用多线程可以大大提高执行效率，我们可以借助分布式链路监控来统计RPC调用所消耗的时间，而这部分时间就是任务中阻塞的时间，当然为了做到极致的效率最大，我们需要设置不同的值然后进行测试 。

写了多年代码，你却不知道的程序设计的5个底层逻辑

文章插图
 
Java 中如何实现定时任务定时器已经是现代软件中不可缺少的一部分，例如每隔5秒去查询一下状态，是否有新邮件，实现一个闹钟等， Java 中已经有现成的 api 供使用，但是如果你想设计更高效，更精准的定时器任务，就需要了解底层的硬件知识，比如实现一个分布式任务调度中间件，你可能要考虑到各个应用间时钟同步的问题 。
Java 中我们要实现定时任务，有两种方式，一种通过 timer 类， 另外一种是 JUC 中的 ScheduledExecutorService ，不知道大家有没有好奇 JVM 是如何实现定时任务的，难道一直轮询时间，看是否时间到了，如果到了就调用对应的处理任务，但是这种一直轮询不释放 CPU 肯定是不可取的，要么就是线程阻塞，等到时间到了在来唤醒线程，那么 JVM 怎么知道时间到了，如何唤醒呢?
首先我们翻一下 JDK ，发现和时间相关的 API 大概有3处，而且这 3 处还都对时间的精度做了区分：
object.wait(long millisecond) 参数是毫秒，必须大于等于 0 ，如果等于 0 ，就一直阻塞直到其他线程来唤醒 ，timer 类就是通过 wait() 方法来实现，下面我们看一下wait的另外一个方法：
public final void wait(long timeout， int nanos) throws InterruptedException { if (timeout < 0) { throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative"); } if (nanos < 0 || nanos > 999999) { throw new IllegalArgumentException( "nanosecond timeout value out of range"); } if (nanos > 0) { timeout++; } wait(timeout); }这个方法是想提供一个可以支持纳秒级的超时时间，然而只是粗暴的加 1 毫秒 。
Thread.sleep(long millisecond) 目前一般通过这种方式释放 CPU ，如果参数为 0 ，表示释放 CPU 给更高优先级的线程，自己从运行状态转换为可运行态等待 CPU 调度，他也提供了一个可以支持纳秒级的方法实现，跟 wait 额区别是它通过 500000 来分隔是否要加 1 毫秒 。
public static void sleep(long millis， int nanos) throws InterruptedException { if (millis < 0) { throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative"); } if (nanos < 0 || nanos > 999999) { throw new IllegalArgumentException( "nanosecond timeout value out of range"); } if (nanos >= 500000 || (nanos != 0 && millis == 0)) { millis++; } sleep(millis); }LockSupport.park(long nans) Condition.await()调用的该方法， ScheduledExecutorService 用的 condition.await() 来实现阻塞一定的超时时间，其他带超时参数的方法也都通过他来实现，目前大多定时器都是通过这个方法来实现的，该方法也提供了一个布尔值来确定时间的精度 。


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