程序

作業系統程序相關概念

關鍵名詞

• process：一個正在執行程式的例項，包括程式計數器、暫存器、變數的當前值。
• critical region：對共享記憶體進行訪問的程式片段
• semaphore：可以同時操作共享記憶體的數目
• mutex：兩種狀態解鎖和枷鎖

程序執行緒區別

• 程序：每個程序都有一個地址空間(存放可執行的程式、程式的資料、程式堆疊)和一個控制執行緒。

程序、執行緒實現

程序維護一個數據結構：包含程序所必須的先關資源(程序控制塊)

執行緒：核心態、使用者態、混合使用

程序通訊

• pipe(一個命令的輸出作為另一個命令的輸入) ：shell bash(>ps -e | grep vmware //顯示vmware相關程序)
• 訊息傳遞：kill -signal PID
• 套接字、共享記憶體、檔案、訊號量

程序排程

Cooperative Threads-Scheduling：程式自主控制
Preemptive Threads-Scheduling：優先順序佇列

Java多執行緒相關概念

基本的執行緒機制

• 定義任務：implements Runnable

public class
 
 LiftOff implements Runnable {
    protected int countDown = 10; //Default
    private static int taskCount = 0;
    private final int id = taskCount++;
    public LiftOff(){}
    public LiftOff(int countDown) {
        this.countDown = countDown;
    }
    public String status() {
        return "#" + id + "("
 
 +
                (countDown > 0 ? countDown : "Liftoff!") + ").";
    }
    @Override
    public void run() {
        while(countDown-- > 0) {
            System.out.print(status());
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(id);
    }
}

• Thread類：使用new Thread(Runnable object).start()執行任務。由執行緒排程器排程執行。

public final static void main(String[] args) {
    //new LiftOff().run(); // 通過方法在一個執行緒內呼叫

    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        new Thread(new LiftOff()).start();
    }
    System.out.println("Waiting for LiftOff.");
}

• 使用Executor執行器

public static final void main(String[] args) {
    ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
    //Executors.newFixedThreadPool(5);
    //Executors.newSingleThreadExecutor();

    for(int i=0; i<5; i++) {
        exec.execute(new LiftOff());
    }

    exec.shutdown();
    System.out.println("Waiting for LiftOff.");
}

• 從任務中產生返回值 implements Callable<T>
• 休眠：Thread.sleep(100);TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
• 優先順序：
• 讓步：yield

共享受限資源

• 不正確訪問時導致資源的競爭衝突。
• 解決共享資源競爭：synchronized、顯示靈活的加鎖Lock:new ReentrantLock()物件
• 原子性與記憶體可見性volatitle變數和同步加鎖
• 原子類AtomicInteger, AtomicLong, AtomicReference
• 臨界區·synchronized(this)物件同步程式碼塊
• 在其他物件上加鎖synchronized(object)
• 執行緒本地儲存

終結任務

• 統計進入各個門的人數。
• 阻塞的方法
  
  • sleep
  • wait —— notify、notifyAll(signal,signalAll)
  • 等待輸入、輸出
  • 獲取同步控制方法時鎖不可用

執行緒之間的協作

• wait,notify,notifyAll
• 生產者、消費者：BlockingQueue

執行緒安全性、物件的共享

• race condition：由於不恰當的執行時序而出現不正確的結果。
  
  • 例如：check-then-act；延遲初始化
  • 解決：
  • 原子變數類如java.util.concurrent.atomic.AtomicLong
  • 內建鎖(複合操作): synchronized——同步程式碼塊、方法。內建鎖的可重入性。
  • 加鎖機制既可以確保可見性又能確保原子性；volatile變數只能確保可見性。

//解決併發程式設計的方案
1、不線上程之間共享該狀態變數
2、將狀態變數修改為不可變的變數
3、在訪問狀態變數時使用同步鎖

記憶體

虛擬記憶體

• 虛擬記憶體圖解

• 頁面置換演算法

各種快取實現例項