高效并发
TPS：每秒事务处理数。
1. JAVA的内存模型
JAVA内存组织为主内存和工作内存两部分。
(1) 主内存
所有线程所共享的。主要包括本地方法区和堆。
(2) 工作内存
每个线程都有一个工作内存，不是共享的。工作内存包含两部分。
l 该线程私有的栈
l 主内存部分变量拷贝的寄存器（程序计时器PC和工作的告诉缓冲区）
(3) 内存间的交互操作
为了方便理解内存间的操作，需要理解是那几部分之间的内存进行操作。主要是以下三个部分：主内存【lock、unlock、read、store、write】、工作内存和执行引擎。
主内存：【lock、write、unlock】
主内存->工作内存 ：【read】
工作内存：【load】=》read的结果赋值给工作内存的变量副本。
工作内存->执行引擎：【use】
执行引擎->工作内存：【Assign】
工作内存->主内存 ：【store】
主内存：【write】=》
单独执行引擎：
l Lock(锁定)：作用于主内存中的变量，把一个变量标识为一条线程独占的状态。
l Read(读取)：作用于主内存中的变量，把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中。
l Load(加载)：作用于工作内存中的变量，把read操作从主内存中得到的变量的值放入工作内存的变量副本中。
l Use(使用)：作用于工作内存中的变量，把工作内存中一个变量的值传递给执行引擎。
l Assign(赋值)：作用于工作内存中的变量，把一个从执行引擎接收到的值赋值给工作内存中的变量。
l Store(存储)：作用于工作内存中的变量，把工作内存中的一个变量的值传送到主内存中。
l Write(写入)：作用于主内存中的变量，把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中。
l Unlock(解锁)：作用于主内存中的变量，把一个处于锁定状态的变量释放出来，之后可被其它线程锁定。
两个原则
l 在将变量从主内存读取到工作内存中，必须顺序执行read、load
l 要将变量从工作内存同步回主内存中，必须顺序执行store、write
(4) volatile型变量的特殊规则
Volatile提供了一种轻量级的同步手段。只能保证多线程的可见性，不能保证多线程的有序性。
任何被volatile修饰的变量，都不拷贝副本到工作内存。任何修改都及时写入主内存。因此，对于volatile修饰的变量的修改，所有线程马上能看到。但是不能保证修改有序。
Volatile 怎样做到可见性的。对于变量的修改，立即同步到主内存中。线程使用之前，从主内存同步过来。
Synchronize同步块的可见性有“对一个变量unlock之前，必须把变量同步到主内存中”这条规则获得的。
l 满足条件下的原子性
如果使用volatile来实现线程安全。需要满足以下条件：
- 变量的写操作不依赖变量当前的值。
- 该变量没有包含在具有其他变量的不变式中。
l 当对long和double类型的变量用关键字volatile修饰时，就能获得简单操作（赋值和（return)的原子性。
l 禁止指令重排序优化
通过插入内存屏障保证一致性。
(5) 原子性、可见性、有序性
- 原子性
定义：简单的说，原子性的操作就是不可被中断的操作，这个操作要么还未开始，要么全部完成。
Java内存模型保证原子性的操作read、load、use和assign、store、write。
Lock和unlock 可以保证更大范围的原子性。
Synchronize 的原子性是用更高层次的字节码指令monitorenter 和 monitorexit 来隐式操作的。
- 可见性
定义：可见性是指当一个线程修改了共享变量的值，其他线程能够立即得知这个修改。
l Volatile :volatile 的特殊规则保证了新值能立马同步到主内存中。每次使用变量之前都保证从主内存刷新。因此，保证了多线程之间的可见性。
l Synchronize ：同步块的可见性，由“对一个变量执行unlock之前，必须同步到主内存中”这条规则获得的。
l Final：final修饰的关键字一旦在构造器方法初始化赋值完成之后，变量数值不被修改。各个线程得到的变量都是初始化之后的赋值。不会发生变化。
- 有序性
l 如果在本线程内观察，所有操作都是有序的。如果在一个线程观察另外一个线程，所有操作都是无序的。前半句指“线程内变现为串行的语义”，后半句指“指令重排”和“工作内存和主内存同步延迟”现象。
l Java通过volatile和synchronize两个关键字来保证线程之间的操作是有序的。Volatile本身禁止指令重排。Synchronize通过“一个变量同一时刻只允许一个线程对其进行lock操作”，从而决定了同一个锁的两个同步块只能串行进入。
(6) 先行发生原则
l 定义
先行发生是java内存模型中定义两项操作之间的偏序关系。如果操作A先行发生于操作B，其实就是说发生操作B的时候，操作A产生的影响操作B是能观察到的。影响包括“内存中共享变量的值、发送了消息、调用了方法等”
l 作用
也就是 happens-before 原则。这个原则是判断数据是否存在竞争、线程是否安全的主要依据。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。
2. JAVA线程
CPU和内核的理解：
CPU是中央处理器的缩写。而内核是CPU的核心。CPU包含多个核。
(1) 线程的实现
使用内核线程的实现
内核线程就是直接由操作系统内核支持的线程，这种线程由内核来实现在每个线程上切换，内核通过操作操纵调度器多线程进行调度，并负责把线程的任务映射到各个处理器，每个内核线程可以视为内核的分身，支持多线程的内核叫做多线程内核
由操作系统内核支持的线程，这种线程由内核完成切换。程序一般不会直接使用内核线程，而是使用内核线程的一种高级接口---LWP（轻量级进程）--轻量级进程是内核线程的一种高级接口由于内核的支持，每个轻量级的进程，都有一个独立的内核级线程的支持。很容易理解，一个轻量级进程阻塞，不会影响其它线程的工作【因为有独立的内核支持】。
局限性
由于内核实现，所以线程的各种操作需要的代价较高【各种操作都需要使用系统调用，同时需要在用户态（user mode）和内核态（kernel mode）之前来回切换】。内核个数是固定的。所以，内核线程数也是确定的。
使用用户线程的实现
用户线程值完全建立在用户空间的线程库上，这种线程不需要切换内核态。效率高且消耗低。也支持规模更大的线程数量。部分高性能数据库中的多线程就是使用用户线程来实现的。
个人理解（不确定正确）：用户空间对java程序而言，就是JAVA虚拟机JVM。而
进程和用户线程之间的关系是1对N的关系。
(2) 线程调度
线程调度指为线程分配处理器使用权限的过程。分两种，分别是协同式线程调度和抢占式线程调度。
协同式线程调度
线程执行时间由线程本身来控制。线程自己操作完成之后，主动通知系统切换到另外的线程。好处：实现简单，且切换对线程自己可知。没有线程同步问题。缺点：如果一个线程阻塞，整个进程都会阻塞【不能主动让出CPU】。
抢占式线程调度
线程执行时间有系统分配执行时间。线程切换不由线程本身决定。线程执行时间系统可控，不会有一个线程导致整个进程阻塞。
JAVA线程调度就是抢占式线程调度。
(3) 用户模式和内核模式
目的：为了不让程序任意存取资源，大部分的CPU架构都支持Kernel mode与User mode两种执行模式。
和零拷贝技术息息相关。
内核模式(Kernel Mode)
在内核模式下，代码具有对任何硬件的所有控制权限。可以执行所有的CPU指令，可以访问任意的地址内存。内核模式是操作系统的最底层，最可信的函数服务。在内核模式下，任意异常都是灾难性的。可能导致整台机器宕机。
用户模式(User Mode)
用户模式下，代码没有对硬件的控制权。也不能直接访问地址的内存。程序是通过系统接口来访问硬件和内存的。在这种保护模式下，即使程序发生了奔溃，也是可以恢复的。
用户态与内核态的切换
所有用户程序都是运行在用户态的, 但是有时候程序确实需要做一些内核态的事情, 例如从硬盘读取数据, 或者从键盘获取输入等. 而唯一可以做这些事情的就是操作系统, 所以此时程序就需要先操作系统请求以程序的名义来执行这些操作.
这时需要一个这样的机制: 用户态程序切换到内核态, 但是不能控制在内核态中执行的指令
这种机制叫系统调用, 在CPU中的实现称之为陷阱指令(Trap Instruction)
他们的工作流程如下:
1．用户态程序将一些数据值放在寄存器中, 或者使用参数创建一个堆栈(stack frame), 以此表明需要操作系统提供的服务.
2．用户态程序执行陷阱指令
3．CPU切换到内核态, 并跳到位于内存指定位置的指令, 这些指令是操作系统的一部分, 他们具有内存保护, 不可被用户态程序访问
4．这些指令称之为陷阱(trap)或者系统调用处理器(system call handler). 他们会读取程序放入内存的数据参数, 并执行程序请求的服务
5．系统调用完成后, 操作系统会重置CPU为用户态并返回系统调用的结果
个人描述
用户程序中，运行在用户模式user mode下，需要对硬件进行操作。首先，程序不能直接对硬件进行操作，所以调用系统函数接口。然后，对调用进行检测、权限验证等。没问题之后，再通知CPU切换到kernel模式。依照应用程序传递过来的参数执行特权指令。当程序执行完成后，系统调用会通知CPU切换到用户模式，并回到应用程序中。
为什么要有用户态和内核态
由于需要限制不同的程序之间的访问能力, 防止他们获取别的程序的内存数据, 或者获取外围设备的数据, 并发送到网络, CPU划分出两个权限等级 -- 用户态 和 内核态