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  • 原标题:什么是CAS机制,通俗易懂大白话版。我们先看一段代码:启动两个线程,每个线程中让静态变量count循环累加100次。 最终输出的count结果一定200吗?因为这段代码是非线程安全的,所以最终的自增结果很可能会...

    原标题:什么是CAS机制,通俗易懂大白话版。

    我们先看一段代码:

    启动两个线程,每个线程中让静态变量count循环累加100次。

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    最终输出的count结果一定是200吗?因为这段代码是非线程安全的,所以最终的自增结果很可能会小于200。我们再加上synchronized同步锁,再来看一下。

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    加了同步锁之后,count自增的操作变成了原子性操作,所以最终输出一定是count=200,代码实现了线程安全。虽然synchronized确保了线程安全,但是在某些情况下,这并不是一个最有的选择。

    关键在于性能问题。

    synchronized关键字会让没有得到锁资源的线程进入BLOCKED状态,而后在争夺到锁资源后恢复为RUNNABLE状态,这个过程中涉及到操作系统用户模式和内核模式的转换,代价比较高。

    尽管JAVA 1.6为synchronized做了优化,增加了从偏向锁到轻量级锁再到重量级锁的过过度,但是在最终转变为重量级锁之后,性能仍然比较低。所以面对这种情况,我们就可以使用java中的“原子操作类”。

    所谓原子操作类,指的是java.util.concurrent.atomic包下,一系列以Atomic开头的包装类。如AtomicBoolean,AtomicUInteger,AtomicLong。它们分别用于Boolean,Integer,Long类型的原子性操作。

    现在我们尝试使用AtomicInteger类:

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    使用AtomicInteger之后,最终的输出结果同样可以保证是200。并且在某些情况下,代码的性能会比synchronized更好。

    而Atomic操作类的底层正是用到了“CAS机制”。

    CAS是英文单词Compare and Swap的缩写,翻译过来就是比较并替换。

    CAS机制中使用了3个基本操作数:内存地址V,旧的预期值A,要修改的新值B。

    更新一个变量的时候,只有当变量的预期值A和内存地址V当中的实际值相同时,才会将内存地址V对应的值修改为B。

    我们看一个例子:

    1. 在内存地址V当中,存储着值为10的变量。

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    2. 此时线程1想把变量的值增加1.对线程1来说,旧的预期值A=10,要修改的新值B=11.

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    3. 在线程1要提交更新之前,另一个线程2抢先一步,把内存地址V中的变量值率先更新成了11。

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    4. 线程1开始提交更新,首先进行A和地址V的实际值比较,发现A不等于V的实际值,提交失败。

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    5. 线程1 重新获取内存地址V的当前值,并重新计算想要修改的值。此时对线程1来说,A=11,B=12。这个重新尝试的过程被称为自旋。

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    6. 这一次比较幸运,没有其他线程改变地址V的值。线程1进行比较,发现A和地址V的实际值是相等的。

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    7. 线程1进行交换,把地址V的值替换为B,也就是12.

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    从思想上来说,synchronized属于悲观锁,悲观的认为程序中的并发情况严重,所以严防死守,CAS属于乐观锁,乐观地认为程序中的并发情况不那么严重,所以让线程不断去重试更新。

    在java中除了上面提到的Atomic系列类,以及Lock系列类夺得底层实现,甚至在JAVA1.6以上版本,synchronized转变为重量级锁之前,也会采用CAS机制。

    CAS的缺点:

    1) CPU开销过大

    在并发量比较高的情况下,如果许多线程反复尝试更新某一个变量,却又一直更新不成功,循环往复,会给CPU带来很到的压力。

    2) 不能保证代码块的原子性

    CAS机制所保证的知识一个变量的原子性操作,而不能保证整个代码块的原子性。比如需要保证3个变量共同进行原子性的更新,就不得不使用synchronized了。

    3) ABA问题

    这是CAS机制最大的问题所在。(后面有介绍)

    我们下面来介绍一下两个问题:

    1. JAVA中CAS的底层实现

    2. CAS的ABA问题和解决办法。

    我们看一下AtomicInteger当中常用的自增方法incrementAndGet:

    public final int incrementAndGet() {

    for (;;) {

    int current = get();

    int next = current + 1;

    if (compareAndSet(current, next))

    return next;

    }

    }

    private volatile int value;

    public final int get() {

    return value;

    }

    这段代码是一个无限循环,也就是CAS的自旋,循环体中做了三件事:

    1. 获取当前值

    2. 当前值+1,计算出目标值

    3. 进行CAS操作,如果成功则跳出循环,如果失败则重复上述步骤

    这里需要注意的重点是get方法,这个方法的作用是获取变量的当前值。

    如何保证获取的当前值是内存中的最新值?很简单,用volatile关键字来保证(保证线程间的可见性)。我们接下来看一下compareAndSet方法的实现:

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    compareAndSet方法的实现很简单,只有一行代码。这里涉及到两个重要的对象,一个是unsafe,一个是valueOffset。

    什么是unsafe呢?Java语言不像C,C++那样可以直接访问底层操作系统,但是JVM为我们提供了一个后门,这个后门就是unsafe。unsafe为我们提供了硬件级别的原子操作。

    至于valueOffset对象,是通过unsafe.objectFiledOffset方法得到,所代表的是AtomicInteger对象value成员变量在内存中的偏移量。我们可以简单的把valueOffset理解为value变量的内存地址。

    我们上面说过,CAS机制中使用了3个基本操作数:内存地址V,旧的预期值A,要修改的新值B。

    而unsafe的compareAndSwapInt方法的参数包括了这三个基本元素:valueOffset参数代表了V,expect参数代表了A,update参数代表了B。

    正是unsafe的compareAndSwapInt方法保证了Compare和Swap操作之间的原子性操作。

    我们现在来说什么是ABA问题。

    假设内存中有一个值为A的变量,存储在地址V中。

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    此时有三个线程想使用CAS的方式更新这个变量的值,每个线程的执行时间有略微偏差。线程1和线程2已经获取当前值,线程3还未获取当前值。

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    接下来,线程1先一步执行成功,把当前值成功从A更新为B;同时线程2因为某种原因被阻塞住,没有做更新操作;线程3在线程1更新之后,获取了当前值B。

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    在之后,线程2仍然处于阻塞状态,线程3继续执行,成功把当前值从B更新成了A。

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    最后,线程2终于恢复了运行状态,由于阻塞之前已经获得了“当前值A”,并且经过compare检测,内存地址V中的实际值也是A,所以成功把变量值A更新成了B。

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    看起来这个例子没啥问题,但如果结合实际,就可以发现它的问题所在。

    我们假设一个提款机的例子。假设有一个遵循CAS原理的提款机,小灰有100元存款,要用这个提款机来提款50元。

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    由于提款机硬件出了点问题,小灰的提款操作被同时提交了两次,开启了两个线程,两个线程都是获取当前值100元,要更新成50元。

    理想情况下,应该一个线程更新成功,一个线程更新失败,小灰的存款值被扣一次。

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    线程1首先执行成功,把余额从100改成50.线程2因为某种原因阻塞。这时,小灰的妈妈刚好给小灰汇款50元。

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    线程2仍然是阻塞状态,线程3执行成功,把余额从50改成了100。

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    线程2恢复运行,由于阻塞之前获得了“当前值”100,并且经过compare检测,此时存款实际值也是100,所以会成功把变量值100更新成50。

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    原本线程2应当提交失败,小灰的正确余额应该保持100元,结果由于ABA问题提交成功了。

    怎么解决呢?加个版本号就可以了。

    真正要做到严谨的CAS机制,我们在compare阶段不仅要比较期望值A和地址V中的实际值,还要比较变量的版本号是否一致。

    我们仍然以刚才的例子来说明,假设地址V中存储着变量值A,当前版本号是01。线程1获取了当前值A和版本号01,想要更新为B,但是被阻塞了。

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    这时候,内存地址V中变量发生了多次改变,版本号提升为03,但是变量值仍然是A。

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    随后线程1恢复运行,进行compare操作。经过比较,线程1所获得的值和地址的实际值都是A,但是版本号不相等,所以这一次更新失败。

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    在Java中,AtomicStampedReference类就实现了用版本号作比较额CAS机制。

    1. java语言CAS底层如何实现?

    利用unsafe提供的原子性操作方法。

    2.什么事ABA问题?怎么解决?

    当一个值从A变成B,又更新回A,普通CAS机制会误判通过检测。

    利用版本号比较可以有效解决ABA问题。返回搜狐,查看更多

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  • 题目分析:作者正在学习中… 【答案】 线程安全就是多线程访问时,采用了加锁机制,当一个线程访问该类的某个数据时,进行保护,其他线程不能进行访问直到该线程读取...什么是线程,它与进程又有什么关系? 答: ...

    题目分析:作者正在学习中…

    【答案】

    • 线程安全就是多线程访问时,采用了加锁机制,当一个线程访问该类的某个数据时,进行保护,其他线程不能进行访问直到该线程读取完,其他线程才可使用。不会出现数据不一致或者数据污染
    • 线程不安全就是提供数据访问保护,有可能出现多个线程先后更改数据造成所得到的数据是脏数据

    参考文章传送门: link.

    【题目拓展】

    • 什么情况下会造成线程的不安全?
      一是存在共享数据(也称临界资源),二是存在多条线程共同操作共享数据
    • 什么是线程,它与进程又有什么关系?
      答: link.
    • 什么是脏数据
      答:一个事物读取了另一个事物未提交的数据(常常是并发操作引起的,并发操作所带来了一致性问题包括:丢失的修改,不可重复读,读“脏”数据,幻读)。
    • 关于线程安全的其他结论
      答: ArrayList是非线程安全的,Vector是线程安全的;
      HashMap是非线程安全的,HashTable是线程安全的;
      StringBuilder是非线程安全的,StringBuffer是线程安全的。
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  • 1. volatile是什么?在谈及线程安全时,常会说到一个变量——volatile。在《Java并发编程实战》一书中是这么定义volatile的——“Java语言提供了一种稍弱的同步机制,即volatile变量,用来确保将变量的更新操作通知...
    c7a3dd888038037dda017604b3d69ea9.png

    1. volatile是什么?
    在谈及线程安全时,常会说到一个变量——volatile。在《Java并发编程实战》一书中是这么定义volatile的——“Java语言提供了一种稍弱的同步机制,即volatile变量,用来确保将变量的更新操作通知到其他线程”。这句话说明了两点:①volatile变量是一种同步机制;②volatile能够确保可见性。这两点和我们探讨“volatile变量是否能够保证线程安全性”息息相关。

    2. volatile变量能确保线程安全性吗?为什么?

    什么是同步机制?在并发程序设计中,各进程对公共变量的访问必须加以制约,这种制约称为同步。也就是说,同步机制即为对共享资源的一种制约。那么问题来了:volatile这种“稍弱的同步机制”是怎么制约各个进程对共享资源的访问的呢?答案就在“volatile能够确保可见性”中。

    2.1 可见性

    volatile能够保证字段的可见性:volatile变量,用来确保将变量的更新操作通知到其他线程。volatile变量不会被缓存在寄存器或者对其他处理器不可见的地方,因此在读取volatile类型的变量时总会返回最新写入的值。

    可见性和“线程如何对变量进行操作(取值、赋值等)”有关系:

    我们要先明确一个定律:线程对变量的所有操作(取值、赋值等)都必须在工作内存(各线程独立拥有)中进行,而不能直接读写内存中的变量,各工作内存间也不能相互访问。对于volatile变量来说,由于它特殊的操作顺序性规定,看起来如同操作主内存一般,但实际上 volatile变量也是遵循这一定律的。

    关于主存与工作内存之间具体的交互协议(即一个变量如何从主存拷贝到工作内存、如何从工作内存同步到主存等实现细节),Java内存模型中定义了以下八种操作来完成:

    lock:(锁定),unlock(解锁),read(读取),load(载入),use(试用), assign(赋值),store(存储),write(写入)。

    volatile 对这八种操作有着两个特殊的限定,正因为有这些限定才让volatile修饰的变量有可见性以及可以禁止指令重排序 :

    ① use动作之前必须要有read和load动作, 这三个动作必须是连续出现的。【表示:每次工作内存要使用volatile变量之前必须去主存中拿取最新的volatile变量】

    ② assign动作之后必须跟着store和write动作,这三个动作必须是连续出现的。【表示: 每次工作内存改变了volatile变量的值,就必须把该值写回到主存中】

    有以上两条规则就能保证每个线程每次去拿volatile变量的时候,那个变量肯定是最新的, 其实也就相当于好多个线程用的是同一个内存,无工作内存和主存之分。而操作没有用volatile修饰的变量则不能保证每次都能获取到最新的变量值。

    2.2 所以volatile究竟能否保证线程安全性?

    不能。

    通过2.1,我们已经很明确在多线程环境下,一个线程修改了用volatile修饰的变量后,其他线程能够立刻读取到该变量的最新值。但是,volatile并不能保证各个线程是串行去访问同一变量的,在机器是多核的情况下,两个或多个线程同时对同一共享变量做修改,依旧会出现线程安全问题。例如:机器是多核的情况下,i == 0,两个线程同时操作 i++,最终的结果就有可能出现错误的结果“ i == 1”。

    所以:volatile不能保证线程安全性,因为要保证线程安全性就得保证是以串行形式来访问操作共享资源的,而volatile做不到这点。

    2.3 通过代码来验证“即使变量用了volatile来修饰,依旧会出现线程安全问题”

    class Window implements Runnable { private volatile int ticket = 100; public void run() { for (;;) { //通过下面的①②两个步骤我们可以发现:对一个共享资源可以多个线程同时进行修改,自然就会有线程安全问题。 if (ticket > 0) { try { Thread.sleep(100);//①多个线程同时判断到“ticket>0”,然后挂起了 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //②多个线程同时醒来,同时进行“ticket--”操作: System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + ticket--); } else { break; } } }}
    public class A03UseVolatileIsNotThreadSafe { public static void main(String[] args) { Window w = new Window(); Thread t1 = new Thread(w); Thread t2 = new Thread(w); Thread t3 = new Thread(w); t1.setName("窗口1"); t2.setName("窗口2"); t3.setName("窗口3"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); }}

    测试结果:

    (1)出现了大量的重复数字; (2)最后还输出了 “-1”;==》说明变量即使用volatile修饰了但依旧出现了线程安全问题。

    代码解析:

    出现问题(1)的原因:

    线程存在“先检查后执行”的竞态条件。可能有两个线程同时拥有CPU的执行权(机器是双核的),它们判断到做“if (ticket > 0)”,并同时做“ticket--”操作。


    出现问题(2)的原因:

    1. 当ticket==1时,两个或多个线程同时通过了“if (ticket > 0)”的判断,并进入了判断框中去执行代码;
    2. 然后它们执行到“Thread.sleep(100);”就睡了;
    3. 睡醒后总有一个线程会先抢到cup的执行权,然后执行“ticket--”操作,并将最新的ticket数值推送告知到每个线程;
    4. 此时那些在判断框中的其他的线程并不会再次做“if (ticket > 0)”的判断,而是直接拿最新的ticket并做“ticket--”操作。
      就算线程在“ticket--”之前每次都做“if (ticket > 0)”的判断,也依旧会有线程安全问题,因为又可能出现①那种同时通过判断的状态。

    总结:

    volatile只能确保可见性和防止字段重排序(防止字段重排序本文中没做深入讨论),不能保证线程安全性。

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  • 普通混凝土的用砂要求是什么呢?一、一般要求(1)混凝土用砂、石中不应含有可引起混凝土体积稳定性异常的杂质。(2)用矿山尾矿、工业废渣生产的砂、石应符合环保和安全的相关标准规范。(3)砂、石存在潜在碱-...

    4ab0a1384602f4badcad06594d0f845a.png

    砂石行业日渐火热,而天然砂开采受限,供需不足,机制砂应运而生。那机制砂可以应用于混凝土吗?普通混凝土的用砂要求是什么呢?

    一、一般要求

    (1)混凝土用砂、石中不应含有可引起混凝土体积稳定性异常的杂质。

    (2)用矿山尾矿、工业废渣生产的砂、石应符合环保和安全的相关标准规范。

    (3)砂、石存在潜在碱-碳酸盐反应危害时,不宜用作混凝土骨料。

    (4)砂、石的放射性应符合现行国家标准《建筑材料放射性核素限量》GB6566的规定。

    二、砂的质量要求

    1、细度模数

    砂的粗细程度按细度模数μf分为粗、中、细、特细四级,其范围应符合下列规定:

    粗砂:μf=3.7~3.1

    中砂:μf=3.0~2.3

    细砂:μf=2.2~1.6

    特细砂:μf=1.5~0.7

    2、颗粒级配

    砂的颗粒级配应符合下表规定。除特细砂外,砂的颗粒级配可按600μm方筛孔的累计筛余量(以质量百分率计,下同),分成三个级配区,且砂的颗粒级配应处于下表中的某一区内。砂的实际颗粒级配与表中的累计筛余相比,除4.75mm和600μm的累计筛余外,其余的累计筛余可稍有超出分界线,但总超出量不应大于5%。

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    配制混凝土时宜优先采用Ⅱ区砂

    当采用Ⅰ区砂时,应提高砂率,并保持足够的水泥用量,满足混凝土的和易性;当采用Ⅲ区砂时,宜适当降低砂率;当采用特细砂时,应与人工砂组成混合砂,并符合相应的规定;配制泵送混凝土,宜选用中砂。

    3、天然砂中含泥量

    天然砂中含泥量应符合下表:

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    对于有抗冻、抗渗或其他特殊要求,但强度等级不超过C25的混凝土用砂,其含泥量不应大于3.0%。

    4、砂中泥块含量

    58b8f14508e50c5cb5ab32a683a2df02.png

    对于有抗冻、抗渗或其他特殊要求,但强度等级不超过C25的混凝土用砂,其泥块含量不应大于1.0%。

    • 5、人工砂或混合砂中石粉含量

    b9e137fa32423687ffc2706e15ba2167.png
    • 6、砂的坚固性

    坚固性应采用硫酸钠溶液检验,其质量损失应符合如下规定:

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    • 7、人工砂的压碎值

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    • 8、母岩抗压强度

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    • 9、砂密度要求

    砂表观密度应不小于2500kg/m3,堆积密度应不小于1400kg/m3,堆积密度空隙率应不大于45%。

    • 10、砂的吸水率

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    • 11、砂中有害物质含量

    当砂中含有云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐等有害物质时,其含量应符合下表的规定。

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    注:对于有抗冻、抗渗要求的混凝土用砂,其云母含量不应大于1.0%。

    • 12、碱活性检验

    对于长期处于潮湿环境的重要混凝土结构用砂,应采用快速砂浆棒法、砂浆长度法或混凝土棱柱体法进行碱活性检验。经碱活性试验判断为有潜在碱-硅酸反应危害时,应控制混凝土中的碱含量不超过3kg/m3,或采用抑制碱-骨料反应的有效措施。

    • 13、砂中氯离子含量

    应符合下列规定:

    (1)对于钢筋混凝土用砂,其氯离子含量不得大于0.06%(以干砂的质量百分率计);

    (2)对于预应力混凝土用砂,其氯离子含量不得大于0.02%(以干砂的质量百分率计)。

    • 14、海砂中贝壳含量

    应符合如下规定:

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    对于有抗冻、抗渗或其他特殊要求,但强度等级不超过C25混凝土用砂,其贝壳含量不应大于5%。

    以上就是关于混凝土用砂的要求,在这块有疑问的均可详细了解。

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  • 跨域问题在浏览器端在当下域名(源)试图访问其他域名(非同源)的资源产生的,同源策略(协议、域名、端口相同)浏览器的安全机制。跨域问题可以说是一个很常见的问题,如今很多服务都微化了,很容易遇到跨域的问题。...
  • ArrayList为什么是线程不安全

    千次阅读 2019-09-06 20:40:41
    提到线程安全我们应该第一时间想到锁机制,当一个线程访问该类的某个数据时,进行保护,其他线程不能进行访问直到该线程读取完,其他线程才可使用,所以通过加锁我们就可以保证一个线程的安全性,list接口下面有两个...
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  • 什么是线程安全: 我看过对线程安全的一个通俗的解释:如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果一样的,而且其他的变量的值也...
  • 面向对象程序设计过程中,有没有大神能帮解释一下分析类和分析机制,分析机制有什么用? 持久性 进程间通信 消息路由 分布式 事务管理 进程控制与同步 信息交换、格式转换 ...以上这些是什么意思
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  • JVM双亲委派机制

    2019-06-14 09:00:00
    双亲委派机制意思就是 这有一个类,但是他自己的类加载器不去加载,而是让其父类加载器加载(让上级加载器加载),只有当父类加载器找不到这个类的时候,子类加载器才会去加载 那么 这么做有什么好处,又或者说,为...
  • 一句莫名其妙的话出现会让人不理解什么意思,如果有语言环境的说明,则会更好,这就是语境对语意的影响。上下文一种属性的有序序列,为驻留在环境内的对象定义环境。在对象的激活过程中创建上下文,对象被配置为...
  • 白话HTTPS加密机制

    2019-10-10 12:48:02
    在讲主题之前,我们先来区分两个概念:签名和加密有什么区别?...我们从字面意思看: 签名就是一个人对文件签署自己的名字,证明这个文件我写的或者我认可的,所以只要...在网络安全中,签名的意义防止文件篡改,只...
  • 1.可以这样理解,加锁的就是安全的,不加锁的就是不安全的(感觉比较生动,不知道对不对,望指出)线程安全 就是多线程访问时,采用了加锁机制,当一个线程访问该类的某个数据时,进行保护,...到底是什么意思呢?如...

空空如也

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