計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和并發(fā)課程旨在提供現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和體系結(jié)構(gòu)的實(shí)用知識，特別關(guān)注并發(fā)方面以及對編寫多線程軟件有影響的方面。

學(xué)生將對并發(fā)抽象及其如何影響計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)有基本的了解。學(xué)生將研究直接影響多線程軟件的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)方面，例如內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)、緩存一致性/一致性和硬件多線程。學(xué)生將學(xué)習(xí)如何基于對并發(fā)原理和 Java 內(nèi)存模型的扎實(shí)理論理解來設(shè)計(jì)正確的多線程 Java 軟件。

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和并發(fā)課程將涵蓋從低級方面(例如用匯編語言實(shí)現(xiàn)的自旋鎖)到 Java 并發(fā)包中使用的高級設(shè)計(jì)模式對并發(fā)性的理解。

一、課程涵蓋主題

自上而下的計(jì)算機(jī)高級概述：構(gòu)成計(jì)算機(jī)的主要組件以及它們?nèi)绾谓换ァ?/p>

并發(fā)抽象。

匯編語言和機(jī)器代碼。

將高級語言翻譯成機(jī)器代碼。

處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：控制單元(CU)和數(shù)據(jù)路徑。

CPU 內(nèi)的并行性。

操作系統(tǒng)如何處理應(yīng)用程序級線程的關(guān)鍵方面。

內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)、緩存結(jié)構(gòu)和緩存一致性機(jī)制。

創(chuàng)建和管理 Java 線程。

使用 Java 內(nèi)存模型 (JMM) 規(guī)范進(jìn)行理解和推理。

Java 傳統(tǒng)同步機(jī)制(以及它們與低級硬件指令的關(guān)系)

二、課程預(yù)習(xí)內(nèi)容

1.什么是Java內(nèi)存模型?

Java 內(nèi)存模型定義了 Java 虛擬機(jī)與計(jì)算機(jī)內(nèi)存的交互方式。Java 虛擬機(jī)是整個(gè)計(jì)算機(jī)的模型，因此自然也包括一個(gè)內(nèi)存模型，即 Java 內(nèi)存模型。

了解 Java 內(nèi)存模型對于設(shè)計(jì)行為正確的并發(fā)程序至關(guān)重要。Java 內(nèi)存模型規(guī)定了不同線程如何以及何時(shí)可以看到其他線程寫入共享變量的值，以及必要時(shí)如何同步訪問共享變量。

最初的 Java 內(nèi)存模型因其不足而在 Java 1.5 版本中進(jìn)行了修改，而這一版本的 Java 內(nèi)存模型目前仍在 Java 中使用(截至 Java 14 版本)。

2.什么是操作系統(tǒng)的并發(fā)性?

并行處理是指同時(shí)執(zhí)行多個(gè)指令序列。當(dāng)多個(gè)進(jìn)程線程在操作系統(tǒng)中并行運(yùn)行時(shí)，就會出現(xiàn)并行處理。運(yùn)行進(jìn)程的線程總是通過共享內(nèi)存或消息傳遞相互通信。并行會導(dǎo)致資源共享，從而引發(fā)死區(qū)和資源稀缺等問題。并行化有助于通過進(jìn)程執(zhí)行協(xié)調(diào)、內(nèi)存分配和執(zhí)行調(diào)度等技術(shù)最大限度地提高吞吐量。

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