简析Java并发

为什么使用多线程

众所周知，CPU、内存、I/O 设备的速度是有极大差异的，为了合理利用 CPU 的高性能，平衡这三者的速度差异，计算机体系结构、操作系统、编译程序都做出了贡献，主要体现为:

• CPU 增加了缓存，以均衡与内存的速度差异；// 导致 可见性问题
• 操作系统增加了进程、线程，以分时复用 CPU，进而均衡 CPU 与 I/O 设备的速度差异；// 导致 原子性问题
• 编译程序优化指令执行次序，使得缓存能够得到更加合理地利用。// 导致 有序性问题

进程与线程

进程

进程是代码在数据集合上的一次运行活动（运行程序的动态过程），是系统进行资源分配和调度的基本单位，在Java中每开启一个虚拟机即为一个进程

线程

是进程的一个执行路径，系统运行的基本单位（CPU分配的进步单位），线程无法脱离进程存在，一个进程中至少有一个线程，也可以有多个线程共享进程的资源

即分配资源以进程为单位，但CPU资源被分配到线程

守护进程

Java线程分为守护线程和用户线程，守护线程维护JVM用户线程执行，例如GC线程

线程状态

线程操作

同步与异步

通常用来形容一次方法的调用，同步指方法调用一开始，必须等待方法返回后才能继续。异步方法调用后立刻返回，进行后面的操作，调用的方法返回由另一个线程通知调用者。

并行与并发

并行

指多个CPU同时执行任务

并发

指在交替串行执行任务

并发等级

阻塞

在其他线程释放资源之前，线程一直等待，无法执行

无饥饿

如果线程之间存在优先级，线程调度偏向满足优先级高的线程。此时低优先级的线程可能不断被高优先级线程插队，无法获得资源，即饥饿状态

无障碍

最弱的非阻塞调度，线程都可以进入共享内存区域，检测是否发生线程冲突，一旦发现线程冲突，再进行回滚

可以通过一致性标记实现

无锁

所有线程都可以尝试对共享内存进行访问

无等待

在无锁要求一个线程在有限步骤内完成之外，要求所有线程都必须在有限步内完成，排除饥饿问题。

还可以进一步分为有界无等待和线程数无等待等几种类型

并发三要素

原子性

原子性：即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。

代码执行的基本逻辑单位

有序性

有序性：即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

涉及代码指令重排问题

可见性

可见性：一个线程对共享变量的修改，另外一个线程能够立刻看到。线程1对变量i修改了之后，线程2没有立即看到线程1修改的值

锁

分类

优化

锁偏向

如果一个线程获得了锁，那么锁就进入偏向模型。当这个线程再次请求锁时，无需做任何同步操作

适用于几乎没有锁或同一个进程经常获得锁的情况

轻量级锁

将对象头部作为指针，指向持有锁的线程堆栈内部来判断线程是否持有对象锁。

自旋锁

JVM为了避免线程真实地再操作系统层面挂起，由于当前线程无法获得锁，暂时进行几次空循环

锁消除

在JIT编译时，通过对运行上下文扫描，去除不可能存在共享资源竞争地锁。

线程池

不断开启关闭线程反而增加了CPU和内存的开销。

对经常存在的线程通过线程池维护，减少开销。