1、多线程同步——CPU、core核、线程、内存

CPU 的运行原理

控制单元在时序脉冲的作用下，将指令计数器里所指向的指令地址（这个地址是在内存里的）送到地址总线上去，然后 CPU 将这个地址里的指令读到指令寄存器进行译码。对于执行指令过程中所需要用到的数据，会将数据地址也送到地址总线，然后 CPU 把数据读到 CPU 的内部存储单元（就是内部寄存器）暂存起来，最后命令运算单元对数据进行处理加工。周而复始，一直这样执行下去。

CPU的缓存

CPU缓存通常分成了三个级别：L1，L2，L3。级别越小越接近 CPU，所以速度也更快，同时也代表着容量越小。

L1 是最接近 CPU 的, 它容量最小（例如：32K），速度最快。每个核上都有一个 L1 缓存，每个核上其实有两个 L1 缓存, 一个用于存数据的 L1 d-Cache（Data Cache），一个用于存指令的 L1 i-Cache（Instruction Cache）。

L2 缓存 更大一些（例如：256K），速度要慢一些, 一般情况下每个核上都有一个独立的 L2 缓存。

L3 缓存是三级缓存中最大的一级（例如：3MB），同时也是最慢的一级, 在同一个 CPU 插槽之间的核共享一个 L3 缓存。

读取数据过程。就像数据库缓存一样，首先在最快的缓存中找数据，如果缓存没有命中(Cache miss) 则往下一级找, 直到三级缓存都找不到时，向内存要数据。一次次地未命中，代表取数据消耗的时间越长。

计算过程。程序以及数据被加载到主内存；指令和数据被加载到 CPU 的高速缓；CPU 执行指令，把结果写到高速缓存；高速缓存中的数据写回主内存。

 

【参考】

进程、线程与多核、多CPU之间的关系 (qq.com)

 

Core核

一个核心只能同时执行一个线程

线程切换

• cpu给线程分配时间片(也就是分配给线程的时间)，执行完时间片后会切换都另一个线程。
• 切换之前会保存线程的状态，下次时间片再给这个线程时才能知道当前状态。
• 从保存线程A的状态再到切换到线程B时，重新加载线程B的状态的这个过程就叫上下文切换。
• 而上下切换时会消耗大量的cpu时间。

【参考】

认识cpu、核与线程 - jiajun_geek - 博客园 (cnblogs.com)

关于线程上下文切换，你知道多少？ (qq.com)  有协程内容

 

重排序与内存可见性

CPU中每个核在执行线程时，都会创建一个本地缓存来保存主内存中的数据。在修改后，再异步写会给主内存。多个线程间对于变量的交互，是通过主内存来进行的。那么这个过程中，就存在一个多个线程间本地缓存同步的问题。比如说，现在对于一个主内存中的变量x=3，线程A将该值修改为x=4，但是，在线程A将数据同步到主内存前，线程B中就读取了数据。那么线程B中就讲讲本该x=4的值读成了x=3，造成了线程间同步的错误。

 【参考】

内存一致性，指令重排序，内存屏障，volatile解析_volatile内存屏障证明-CSDN博客