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如果写操作发生在独占缓存访问期间，为什么会有数据竞争？

在独占缓存访问期间发生写操作时，可能会导致数据竞争的原因如下：

多线程/多进程并发访问：如果有多个线程或进程同时访问同一个独占缓存区域，并且其中一个线程或进程进行写操作，而其他线程或进程同时进行读或写操作，就会导致数据竞争。
缓存一致性问题：现代计算机系统通常具有多级缓存，每个核心或处理器都有自己的缓存。当一个核心或处理器进行写操作时，它可能会将数据写入自己的缓存中，而不是直接写入主内存。如果其他核心或处理器也缓存了相同的数据，并且在缓存中进行读或写操作，就会导致数据竞争。
缓存写回策略：某些系统使用写回策略来提高性能，即只有在缓存行被替换出缓存时才将其写回主内存。如果在写回之前发生了其他线程或进程的写操作，就会导致数据竞争。

数据竞争可能导致不确定的结果，包括数据损坏、程序崩溃或不正确的计算结果。为了避免数据竞争，可以采取以下措施：

使用同步机制：使用互斥锁、信号量、条件变量等同步机制来确保在独占缓存访问期间只有一个线程或进程可以进行写操作。
使用原子操作：原子操作是不可中断的操作，可以保证在多线程/多进程环境下的数据一致性。例如，使用原子变量或原子指令来执行写操作，以避免数据竞争。
使用缓存一致性协议：现代处理器通常支持缓存一致性协议，如MESI（Modified, Exclusive, Shared, Invalid）协议。该协议确保多个核心或处理器之间的缓存数据一致，从而避免数据竞争。
设计良好的并发算法：在设计并发算法时，需要考虑数据竞争的可能性，并采取适当的同步和互斥措施来保证数据的正确性。

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volatile（1）

程序运行的数据是存储在主内存（通常说的内存）中，这时就会有一个问题：读写主内存中的数据没有CPU中执行指令的速度快，如果任何的交互都需要与主内存打交道则会大大降低CPU的效率（拖CPU的后腿）。...所以，直写时缓存行永远和它对应的内存内容匹配。 2. 回写（write-back）缓存不会立即把写操作传递到下一级，而是仅修改本级缓存中的数据，并且把对应的缓存数据标记为“脏”数据。...在多核CPU系统中，每个CPU核心都有自己的一级缓存、二级缓存等。这样一来当多个CPU核心在对共享的数据进行写操作时，就需要保证该共享数据在所有CPU核心中的可见性/一致性。...只有当缓存行处于E或M状态时，CPU才能去写它，也就是说只有这两种状态下，CPU是独占这个缓存行的。...当CPU想写某个缓存时，如果它没有独占权，它必须先发送一条“我要独占权”的请求给总线，这会通知其他CPU，把它们拥有的同一缓存行的拷贝失效（I状态）。只有在获得独占权后，CPU才能开始修改数据。

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12 张图看懂 CPU 缓存一致性与 MESI 协议，真的一致吗？

—— 就发生在 Cache 块被替换出去的时候： 3.1 在写入操作中，如果目标内存块不在 Cache 中，需要先将内存块数据读取到 Cache 中。...3、由于 Core 2 无法感知到 Core 1 的写入操作，如果继续使用过时的数据，就会出现逻辑问题。...如果多个核心同时发起总线事务，此时总线仲裁单元会对竞争做出仲裁，未获胜的事务只能等待获胜的事务处理完成后才能执行。提示：写传播还有 “基于目录（Directory-base）” 的实现方案。...提示： MESI 协议在 MSI 的基础上增加了 E（独占）状态，以减少只有一份缓存的写操作造成的总线通信。...这里有一个问题：既然 CPU 已经实现了 MESI 协议，已经在硬件层面实现了写传播和事务串行化，为什么 Java 语言层面还需要定义 volatile 关键字呢？岂不是多此一举？

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x86系统cache locking的原理

这样的话，由于读和写是两个单独的操作，会分别占用总线，而不是持续占用总线，所以不是原子的，读和写之间可能会有其它元器件对内存的访问。...因此，为了实现 cmpxchg 的原子操作，需要在指令前加上 lock 前缀。 cmpxchg 指令读取目的内存操作数，与寄存器中值比对，如果相同，则将新值写到目的内存地址。...当 CPU 为单核时，尽管 cmpxchg 要访问两次内存，但在该指令执行过程中，不会有其它的核来打断指令执行过程（中断不会发生在单条指令执行过程中，只会发生在指令执行前后），因此，在读与写之间也就不会有其它核去访问内存...它会直接改 cache，然后交给 cache 一致性机制去保证操作的原子性。cache 一致性机制能保证多核不会同时修改同一块被缓存的内存区域。...知乎帖子的作者认为，在这种情况下，两个核同时执行 cmpxchg 时，两者都会判断成功，然后都去写那块内存，然后 cache 一致性机制会有 cache 总线仲裁机制，判定只有一个写成功，另一个需要失效自己的缓存

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关于原子变量的一些事情

那为什么呢？在多核心的CPU架构中，每个核心都有自己独立的寄存器，缓存。如果两个线程又被分配到了不同的核心，虽然不同的线程访问的global是唯一的, 对应于内存的某个地址。...但由于每次加锁操作，都涉及到操作系统申请资源，所以这个操作相对比较耗时。所以随着硬件的发展，cpu开始提供了缓存一致性保证。...，虽然有多个缓存, 但当某个线程要修改某数据时，保证该线程独享该数据。...对于原子变量的相关操作, 默认值为memory_order_seq_cst. 多写一读无锁队列原子变量的另一个用途是实现多写一读的无锁队列....然后对这块独占的空间进行写操作, 写完成后, 在这块独占空间的某个字段种设置完成标志. reader则负责从队列读数据, 在读完成后, 之前writer写的空间清空, 并修改队头.

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Java 读写锁 ReentrantReadWriteLock 源码分析

cacheValid) {// 如果缓存过期了，或者为 null // 释放掉读锁，然后获取写锁 (后面会看到，没释放掉读锁就获取写锁，会发生死锁情况) rwl.readLock...AQS 的精髓在于内部的属性state：对于独占模式来说，通常就是 0 代表可获取锁，1 代表锁被别人获取了，重入例外而共享模式下，每个线程都可以对 state 进行加减操作也就是说，独占模式和共享模式对于...可能是和另一个读锁获取竞争，当然也可能是和另一个写锁获取操作竞争。然后就会来到 fullTryAcquireShared 中再次尝试： /** * 1....然后是在 for 循环中将 state 的高 16 位减 1，如果发现读锁和写锁都释放光了，那么唤醒后继的获取写锁的线程。写锁获取写锁是独占锁。...不过从源码中也可以看出，确实会给写锁一些特殊照顾，如非公平模式下，为了提高吞吐量，lock 的时候会先 CAS 竞争一下，能成功就代表读锁获取成功了，但是如果发现 head.next 是获取写锁的线程，

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面试官：说说volatile底层实现原理？

2.1 内存可见性实现原理volatile 内存可见性主要通过 lock 前缀指令实现的，它会锁定当前内存区域的缓存（缓存行），并且立即将当前缓存行数据写入主内存（耗时非常短），回写主内存的时候会通过...在这种状态下，只有一个 CPU 能独占这个修改状态。Exclusive（E）：表示缓存行与主存储器相同，并且是主存储器的唯一拷贝。这种状态下，只有一个 CPU 能独占这个状态。...Shared（S）：表示此高速缓存行可能存储在计算机的其他高速缓存中，并且与主存储器匹配。在这种状态下，各个 CPU 可以并发的对这个数据进行读取，但都不能进行写操作。...当某个 CPU 对共享数据进行修改时，它会将这个数据的状态从 S（共享）或 E（独占）状态转变为 M（修改）状态，并等待适当的时机将这个修改写回主存储器。...屏障，确保在这次写操作之前的所有普通写操作都已完成。

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Java 读写锁 ReentrantReadWriteLock 源码分析

cacheValid) { // 如果缓存过期了，或者为 null // 释放掉读锁，然后获取写锁 (后面会看到，没释放掉读锁就获取写锁，会发生死锁情况)...AQS 的精髓在于内部的属性 state：对于独占模式来说，通常就是 0 代表可获取锁，1 代表锁被别人获取了，重入例外而共享模式下，每个线程都可以对 state 进行加减操作也就是说，独占模式和共享模式对于...可能是和另一个读锁获取竞争，当然也可能是和另一个写锁获取操作竞争。然后就会来到 fullTryAcquireShared 中再次尝试： /** * 1\....然后是在 for 循环中将 state 的高 16 位减 1，如果发现读锁和写锁都释放光了，那么唤醒后继的获取写锁的线程。写锁获取写锁是独占锁。...不过从源码中也可以看出，确实会给写锁一些特殊照顾，如非公平模式下，为了提高吞吐量，lock 的时候会先 CAS 竞争一下，能成功就代表读锁获取成功了，但是如果发现 head.next 是获取写锁的线程，

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就是要你懂 Java 中 volatile 关键字实现原理

当系统运行时，CPU执行计算的过程如下：程序以及数据被加载到主内存指令和数据被加载到CPU缓存 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如果服务器是单核CPU，那么这些步骤不会有任何的问题...于是，在上面的情况下，核3发现自己的缓存中数据已无效，核0将立即把自己的数据写回主存，然后核3重新读取该数据。...当处理器想写某个缓存行时，如果它没有独占权，它必须先发送一条”我要独占权”的请求给总线，这会通知其它处理器把它们拥有的同一缓存段的拷贝失效（如果有）。...只有在获得独占权后，处理器才能开始修改数据—-并且此时这个处理器知道，这个缓存行只有一份拷贝，在我自己的缓存里，所以不会有任何冲突。...反之，如果有其它处理器想读取这个缓存行（马上能知道，因为一直在嗅探总线），独占或已修改的缓存行必须先回到”共享”状态。如果是已修改的缓存行，那么还要先把内容回写到内存中。

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Java锁---偏向锁、轻量级锁、自旋锁、重量级锁

乐观锁乐观锁是一种乐观思想，即认为读多写少，遇到并发写的可能性低，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，采取在写时先读出当前版本号...，然后加锁操作（比较跟上一次的版本号，如果一样则更新），如果失败则要重复读-比较-写的操作。...悲观锁悲观锁是就是悲观思想，即认为写多，遇到并发写的可能性高，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在读写数据的时候都会上锁，这样别人想读写这个数据就会block直到拿到锁。...在多核cup的处理器中，每个cup都有自己独占的一级缓存、二级缓存，甚至还有一个共享的三级缓存，为了提高性能，cpu读写数据是以缓存行为最小单元读写的；32位的cpu缓存行为32字节，64位cup的缓存行为...在jdk1.7之前会将需要独占缓存行的变量前后添加一组long类型的变量，依靠这些无意义的数组的填充做到一个变量自己独占一个缓存行； 2.

2.1K3 0

Java与CPU缓存的亲密接触之「伪共享」

因为计算机程序数据操作的局部性，CPU连续的指令倾向于访问相邻地址空间的数据，所以后续的读写操作有很大的概率可以直接在缓存上拿到数据。如果缓存上不存在，那就再去主存上加载进来。...它们发生的顺序可能是 1->2->3->4 ，相当于两个CPU交叠运行，步骤1加载缓存行，步骤2发现数据就在缓存行里还是最新的，就省去了加载缓存行操作了，这时读操作做到了【共享】。...紧接着步骤3正常进行写操作，然后步骤4来了，CPU2发现缓存行失效了，所以还得重新加载缓存行，然后再回写到主存再将缓存行置为失效。这里就发生了重复加载缓存行的现象，也即【写竞争】。...我们称这种现象为【伪共享】，就是说这两个变量虽然共享同一个缓存行，但是它们之间会发生写竞争。如果顺序是1->3->2->4，步骤1和步骤3的读操作这时就没能实现共享，还是会有浪费。...当系统的线程数越多时，写竞争越激烈，这种浪费就越多。现在我们能明白为什么去掉注释后，程序会变慢，因为存在写竞争现象，数组中相邻的SharingLong.v共享了同一个缓存行。

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JUC系列（八）| 读写锁-ReadWriteLock

我们将读操作相关的锁，称为读锁，因为可以共享读，我们也称为“共享锁”，将写操作相关的锁，称为写锁、排他锁、独占锁。...每次可以多个线程的读者进行读访问，但是一次只能由一个写者线程进行写操作，即写操作是独占式的。读写锁适合于对数据结构的读次数比写次数多得多的情况....5 5写完了5 4正在进行写操作4 4写完了4 3正在进行写操作3 3写完了3 2正在进行写操作2 2写完了2 1正在进行写操作1 1写完了1 1正在取数据1 4正在取数据4 3正在取数据3 5正在取数据...Synchonized、ReentrantLock是属于独占锁，读、写操作每次都只能是一个人访问，效率比较低。...，如先释放写锁，然后获得读锁，在这个获取读锁的过程中，可能会有其他线程竞争到写锁或者是更新数据则获得的数据是其他线程更新的数据，可能会造成数据的污染，即产生脏读的问题。

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Java多线程—ReentrantReadWriteLock源码阅读

在实际场景中，一般来说，读数据远比写数据要多。如果我们还是用独占锁去锁线程避免线程不安全的话，是非常低效的，而且同时也会失去它的并发性。多线程也没有意义了。...先判断是否有写锁占有，如果写锁不是当前线程，获取读锁失败，退出方法。注意如果写锁是当前线程是可以获取读锁的，因为写锁是独占的，这种情况下是不会有数据与其他线程共享的问题。...自增1；如果有读锁，不是当前线程申请，取上一个成功的缓存计数器，如果这个计数器不是当前线程的，则设为当前的计数器，并且自增，返回成功。...tryRelease() 独占锁（写锁）释放 ? 这里又有Condition的踪迹了，大概可以才行到Condition时控制锁的行为的，取消唤醒等操作。另外锁会同时释放读锁和写锁。...释放读锁，对正在读的线程不会有什么影响，但可以让等待的写线程去开始获取写锁。剩余的内容就是对tryAquireShared()计算的count数值进行释放（自减），如果最终自减为0则释放读锁成功。

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深入解析 volatile 、CAS 的实现原理

预备知识缓存现代处理器为了提高访问数据的效率，在每个CPU核心上都会有多级容量小，速度快的缓存（分别称之为L1 cache，L2 cache，多核心共享L3 cache等），用于缓存常用的数据。...写操作有两种基本的模式： ① 直写（write-through）直写是透过本级缓存，直接把数据写到下一级缓存（或直接到内存）中，如果对应的段被缓存了，我们同时更新缓存中的内容（甚至直接丢弃）。...所以，直写时缓存行永远和它对应的内存内容匹配。 ② 回写（write-back）缓存不会立即把写操作传递到下一级，而是仅修改本级缓存中的数据，并且把对应的缓存段标记为“脏”段。...当处理器想写某个缓存段时，如果它没有独占权，它必须先发送一条“我要独占权”的请求给总线，这会通知其他处理器，把它们拥有的同一缓存行的拷贝失效（I状态），如果它们有的话。...只有在获得独占权后，处理器才能开始修改数据。并且此时，这个处理器知道，这个缓存行只有一份拷贝，在我自己的缓存里，所以不会有任何冲突。

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面试10000次依然会问的【ReentrantLock】，你还不会？

写锁是独占的，一次只允许一个线程进行写入操作。当一个线程尝试获取写锁时，它需要检查是否存在其他写锁或读锁。如果没有其他线程持有读锁或写锁，该线程通过AQS独占模式尝试获取锁。...获取写锁的过程中，如果有线程持有读锁或其他写锁，当前线程将无法获取写锁，必须等待。在实现缓存系统时，使用ReentrantReadWriteLock可以提高缓存的读取效率，同时保证写入操作的安全性。...例如，在一个缓存系统中，大部分操作是读取数据，只有在数据失效时才需要写入。使用读写锁可以在不牺牲数据一致性的前提下，提高系统的并发读取性能。在锁降级的操作中，首先获取写锁以确保对共享数据的独占访问。...图片写锁的状态减少和释放写锁是一种独占锁，当线程完成写操作后，它需要释放锁，以便其他线程可以访问数据。在ReentrantReadWriteLock中，写锁的释放通常涉及到状态的减少。...在更新操作完成后，它在释放写锁之前获取了读锁，这是一种锁降级的操作，它允许线程在保持数据可见性的同时，减少锁的竞争。最后，线程释放了读锁，使得其他线程可以安全地读取更新后的数据。

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ReentrantReadWriteLock源码解析

写锁的定义就是:副本代码只能通过竞争选择唯一的一个进行运行。...咋不是在讨论读锁存在的理由么，为啥讨论到了死锁，，，ZZ；好了，咋还是重新来，如如果一个线程在正常运行，然后获取写锁的线程修改了已经被运行的代码中的数据，那么就会产生脏数据。...加了读锁的线程写锁是不能操作的。加了写锁之后，只有获得写锁的线程可以操作。获得了读锁，那么如何升级为写锁？java中的读写锁是不允许这种操作的。为啥？...这个就比较简单了，因为多个线程获取的读锁，然后都知道了数据值，然后一个线程升级为写锁然后操作了一波，那么你让人家其他线程如何信任你。。那么世界就乱了。获得了写锁，那么如何降级为读锁？...在java中是可以这么操作的，在拥有写锁之后，然后要变成读锁需要先获取读锁，获取读锁之后才能释放写锁。为什么不能直接释放写锁，然后去申请读锁呐?因为在你释放之后又可能被其他线程获取到了写锁。

3034 0

Java IO底层是如何工作的？

通常，进程执行操作系统的I/O请求包括数据从缓冲区排出（写操作）和数据填充缓冲区（读操作）。这就是I/O的整体概念。在操作系统内部执行这些传输操作的机制可以非常复杂，但从概念上讲非常简单。...当请求read()操作时，一旦磁盘控制器完成了缓存的填写，内核从内核空间的临时缓存拷贝数据到进程指定的缓存中。有一点需要注意，在内核试图缓存及预取数据时，内核空间中进程请求的数据可能已经就绪了。...如果这样，进程请求的数据会被拷贝出来。如果数据不可用，则进程被挂起。内核将把数据读入内存。虚拟内存你可能已经多次听说过虚拟内存了。让我再介绍一下。所有现代操作系统都使用虚拟内存。...在上面介绍中，从内核空间拷贝到最终用户缓存看起来增加了额外的工作。为什么不告诉磁盘控制器直接发送数据到用户空间的缓存呢？好吧，这是由虚拟内存实现的。用到了上面的优势1。...如果你有想法和疑问，请给给我发评论。学习快乐！！

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(juc系列)reentrantreadwritelock源码学习

在很多应用中，可重入性很有用，当写线程持有写锁，在某些调用或者回调方法中执行读操作。如果一个读线程尝试去申请写锁，永远不会成功. 锁降级支持从写锁降级到读锁，但是从读锁升级到写锁是不允许的....释放读锁，同时申请写锁. 完成写操作后，申请读锁. 释放写锁，持有读锁完全使用完成后，释放读锁。 ReentrantReadWriteLock可以用在一些集合类中，用来提升并发性....如果释放后，独占锁的数量为0. 则锁释放成功.将锁的当前线程设置为null....= null; } 这是为了避免因为非公平的竞争，而把写锁饿死的情况实现的一个方法: 如果当前等待队列中有两个节点，且第二个还是独占的写锁等待，当前的读锁请求就不允许提交了....这是一个概率上的问题，如果等待队列里面已经有一个写锁排在读锁后面了，害怕把写锁饿死，就在这里不让别的读锁来竞争，知道前面的锁走完.

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Intel DPDK的内存屏障介绍

重排序同步的目的是保证不同执行流对共享数据并发操作的一致性。在单核时代，使用原子变量就很容易达成这一目的。甚至因为CPU的一些访存特性，对某些内存对齐数据的读或写也具有原子的特性。...CPU屏蔽屏障 CPU级别内存屏障其作用有两个：防止指令之间的重排序保证数据的可见性指令重排中Load和Store两种操作会有Load-Store、Store-Load、Load-Load、Store-Store...StoreLoad 屏障可以防止后续的读操作错误地使用了 Store1 写的数据，而不是使用来自另一个处理器的更近的对同一位置的写。...之所以开销大，部分原因是它需要禁用绕过缓存（cache）从写缓冲区（Store Buffer）读取数据的机制。这可以通过让缓冲区完全刷新，外加暂停其他操作来实现，这就是 Fence 的效果。...将条目放入无效队列本质上是 CPU 承诺在传输任何有关该缓存行的 MESI 协议消息之前处理该条目。只要相应的数据结构没有高度竞争，CPU 就很少会因为这样的承诺而感到不便。

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JUC并发编程之MESI缓存一致协议详解

3 缓存一致性是什么 MESI(Modified-Exclusive-Shared-Invalid)协议是一种广为使用的缓存一致性协议，类似读写锁对于同一地址的读内存操作是并发的，针对同一地址的写操作是独占的...Exclusive(独占的,记为E)缓存行独占相应内存地址数据的副本,其他处理器高速缓存不包含相同的副本或者副本失效,缓存行中的数据与主内存数据一致 4....但是目前为止该缓存变量它的状态为 "E（独占）"，为什么为独占？因为该变量只被一个线程所使用。 ?...针对以上这种情况当然是不允许发生的啦，如果线程需要对变量进行修改，会先在本地的缓存行中上一个lock锁（本地写缓存行），因为数据都是存放在缓存行中的，但是会有这么一个问题，它们是对各自的缓存行进行上锁，...其他的线程是并不知道，还是无法解决多个线程同时操作造成脏数据的发生，但是CPU也考虑到缓存一致性的问题，假如多个线程都对各自的缓存行进行了上锁，也同时发送本地写缓存行消息给了bus总线，那么此时就会由bus

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Java IO底层是如何工作的？

通常，进程执行操作系统的I/O请求包括数据从缓冲区排出（写操作）和数据填充缓冲区（读操作）。这就是I/O的整体概念。在操作系统内部执行这些传输操作的机制可以非常复杂，但从概念上讲非常简单。...当请求read()操作时，一旦磁盘控制器完成了缓存的填写，内核从内核空间的临时缓存拷贝数据到进程指定的缓存中。有一点需要注意，在内核试图缓存及预取数据时，内核空间中进程请求的数据可能已经就绪了。...如果这样，进程请求的数据会被拷贝出来。如果数据不可用，则进程被挂起。内核将把数据读入内存。虚拟内存你可能已经多次听说过虚拟内存了。让我再介绍一下。所有现代操作系统都使用虚拟内存。...在上面介绍中，从内核空间拷贝到最终用户缓存看起来增加了额外的工作。为什么不告诉磁盘控制器直接发送数据到用户空间的缓存呢？好吧，这是由虚拟内存实现的。用到了上面的优势1。...如果你有想法和疑问，请给给我发评论。声明：本公众号所有文章转自主流技术网站及优秀技术微信公众号或技术牛人博客等，转载请说明文章出处．本文转自微信公众号实验楼．

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