参考资料：《Java高并发程序设计》
1.几个概念
1.同步和异步
- 同步和异步一般用来形容
一次方法调用。 -
同步：同步方法调用一旦开始，调用者必须等到方法调用返回后，才能继续后续的行为。 -
异步：异步方法调用更像一个消息传递，一旦开始，方法调用就会立即返回，调用者就可以继续后续的操作。而异步方法通常会在另一个线程中去执行。如果异步调用需要返回结果，那么当这个异步调用真实完成后，则会通知调用者。
2.并发和并行
- 并发和并行都可以表示两个或多个任务
一起执行，但偏重点有所不同。 -
并发：偏重于多个任务交替执行，而多个任务之间有可能还是串行的。 -
并行：是真正意义上的同时执行。 - 如果系统只有一个CPU，那么只可能是并发不可能是并行。真实的并行只会出现在拥有多个CPU的系统中。
3.临界区
-
临界区用来表示一种公共资源或者说是共享数据，可以被多个线程使用。但是每一次，只能有一个线程使用它。
4.阻塞和非阻塞
- 阻塞和非阻塞通常用来形容多线程间的
相互影响。 -
阻塞：比如一个线程占用了临界区资源，那么其他所有需要这个资源的线程就必须在这个临界区中进行等待。等待会导致线程挂起，这种情况就是阻塞。 -
非阻塞：它强调没有一个线程可以妨碍其他线程执行，所有的线程都会尝试不断向前执行。
5.死锁、饥饿和活锁
- 死锁、饥饿和活锁都属于多线程的
活跃性问题。 -
死锁：两个或多个线程间互相持有着对方所需要的资源，如果所有线程都不会释放自己占用的资源，那么这个状态将永远维持下去，谁都不可能通过。 -
饥饿：一个或多个线程因为种种原因无法获得所需的资源，导致一直无法执行。比如程序优先级可能太低，或者另一个线程一直占着关键资源不放。 -
活锁：如果线程不够智能，且都秉承着谦让的原则，主动将资源释放给他人使用，那么就会出现资源不断在两个线程中跳动，而没有一个资源可以同时拿到所有资源去正常执行。
2.并发级别
- 由于
临界区的存在，多线程之间的并发必须受到控制，根据控制并发的策略，可以把并发的级别进行分类：
并发级别.png-100.8kB
1.阻塞
- 如果一个线程是阻塞的，那么在其他线程释放资源之前，当前线程无法继续执行。
- 当使用
synchronized关键字，或者重入锁时，我们得到的就是阻塞的线程。
2.无饥饿
- 如果线程之间是有
优先级的，那么线程调度的时候总是会倾向于满足高优先级的线程。即对于同一个资源的分配，是不公平的。 - 如果锁是公平的，满足
先来后到，那么饥饿就不会产生，所有线程都有机会执行。
3.无障碍
-
无障碍是一种最弱的非阻塞调度。 -
阻塞的控制方式是悲观策略，即系统认为两个线程之间很有可能发生不幸的冲突，因此，以保护共享数据为第一优先级。 -
非阻塞的调度是一种乐观策略，它认为多个线程之间很有可能不会发生冲突，或者说概率不大，因此大家都应该无障碍的执行。但如果一旦检测到冲突，就应该进行回滚。 - 如果当临界区存在
严重冲突时使用此策略，有可能会导致所有线程都不断回滚自己的操作，而没有一个线程可以走出临界区。 - 一种可行的无障碍
实现可以依赖一个一致性标记来实现。线程在操作之前，先读取并保存这个标记，在操作完成后，再次读取，检查这个标记是否被更改过，如果先后两次读取到的数据一致，说明资源访问没有冲突。如果不一致，则说明资源可能在操作过程中与其他写线程冲突，需要重试操作。而任何对资源有修改操作的线程，在修改数据前，都需要更新这个一致性标记，表示数据已不安全。
4.无锁
-
无锁的并行都是无障碍的。不同的是，无锁的并发必然有一个线程能够在有限步内完成操作离开临界区。 - 在无锁的调用中，一个典型的特点是可能会包含一个
无穷循环。在这个循环中，线程会不断尝试修改共享变量。如果没有冲突，修改成功，那么程序退出，否则继续尝试修改。如果运气不好，总是尝试不成功，则会出现类似饥饿的现象，线程会停止不前。 - 一段无锁的示意代码：
while(!atomicVar.compareAndSet(localVar, localVar + 1)){
localVar = atomicVar.get();
}
5.无等待
-
无锁只要求有一个线程可以在有限步内完成操作，而无等待则要求所有线程都必须在有限步内完成，这样就不会引起饥饿问题。 - 如果限制
循环次数，还可以进一步分解为有界无等待和线程数无关的无等待几种，它们的区别只是对循环次数的限制不同。 - 一个典型的无等待结构就是
RCU（Read-Copy-Update）。它的基本思想是：对数据的读可以不加控制，因此所有的读线程都是无等待的，它们既不会被锁定等待也不会引起任何冲突。但在写数据的时候，先取得原始数据的副本，接着只修改副本数据（这就是为什么读可以不加控制），修改完成后，在合适的时机回写数据。
3.原子性、可见性、有序性
1.原子性
-
原子性是指一个操作是不可中断的。即一个操作一旦开始，在结束之前不会被其他线程干扰。 - 反例：
32位系统中long型数据的读和写都不是原子性的，多线程之间会相互干扰。
2.可见性
-
可见性是指当一个线程修改了某一个共享变量的值，其他线程是否能够立即感知到这个修改。 - 反例：缓存优化、硬件优化、编译器优化（指令重排）
3.有序性
-
有序性是指多线程间，代码实际执行的顺序和代码在源文件中出现的顺序语义一致的特性。 - 反例：
指令重排。
4.指令重排
-
指令重排是为了尽量减少流水线的中断，从而提高性能。 - 指令重排可以保证串行语义一致，但不能保证多线程间的语义也一致。
- 不能进行重排的指令：
Happen-Before原则
- 程序顺序原则：一个线程内保证语义的串行性
- volatile规则：volatile变量的写，先发生于读，这保证了volatile变量的可见性
- 锁规则：解锁必然发生在随后的加锁前
- 传递性：A先于B，B先于C，那么A必然先于C
- 线程的start()方法先于它的每一个动作
- 线程的所有操作先于线程的终结
- 线程的中断先于被中断线程的代码
- 对象的构造函数执行、结束先于finalize()方法
4.线程的基础知识
1.进程和线程的关系
-
进程是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。 -
线程是轻量级进程，是程序执行的最小单位。使用多线程而不是多进程去进行并发程序的设计，是因为线程间的切换和调度的成本远小于进程。 - 进程是线程的
容器。
2.线程的状态图
- 线程的所有
状态都在Thread的State枚举中定义：
public enum Statue{
NEW,
RUNNABLE,
BLOCKED,
WAITING,
TIMED_WAITING,
TERMINATED;
}
-
线程状态图：
线程状态图.png-38.4kB
- NEW：表示
刚刚创建的线程，这种线程还没有开始执行。 - RUNNABLE：表示线程所需的一切
资源都已经准备好了，线程正在执行。 - BLOCKED：表示线程
暂停执行，直到获得请求的锁。 - WAITING：进入一个
无时限的等待。 - TIMED_WAITING：进入一个
有时限的等待。 - TERMINATED：表示线程执行完毕，线程
结束。
end
