Java并发基础概念
线程的同步与互斥
线程通信
并发编程中有一个关键问题就是线程间如何进行通信。通信指的是线程间以何种机制来交换信息，常见的解决方式有两种，一种是共享内存，一种是消息传递。
Java的并发采用的是共享内存模型，我们设置一个共享变量，然后多个线程去操作同一个共享变量，从而达到了线程间通信的目的，这种通信是隐式的。而消息传递采用的线程间的直接通信，不同的线程通过显式的发送消息来达到交互目的，这种方式最有名的的实现就是Actor模型（akka框架有实现），各个actor都有一个消息队列来接受其他actor传递的消息，actor根据消息来维护自己的状态。
线程同步
是指线程之间所具有的一种制约关系，一个线程的执行依赖另一个线程的消息，当它没有得到另一个线程的消息时应等待，直到消息到达时才被唤醒。
线程互斥
是指对于共享资源，在各线程访问时的排它性。当有若干个线程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多只允许一个线程去使用，其它要使用该资源的线程必须等待，直到占用资源者释放该资源。
两者的区别
互斥是通过竞争对资源的独占使用，彼此之间不需要知道对方的存在，执行顺序是一个乱序。同步是协调多个相互关联线程合作完成任务，彼此之间知道对方存在，执行顺序往往是有序的。
对于Java锁的理解
也许Java语法层面将锁包装成了sycnchronized或者明确的XXXLock，但是底层都是一样的。无非就是哪种写起来方便而已。锁就是锁而已，避免多个线程对同一个共享的数据并发修改带来的数据混乱。
锁要解决的大概就只有这4个问题 ：
- 谁拿到了锁“这个信息存哪里（可以是当前class，当前instance的markword，还可以是某个具体的Lock的实例）
- 谁能抢到锁的规则（只能一个人抢到 - Mutex；能抢有限多个数量 - Semphore；自己可以反复抢 - 重入锁；读可以反复抢到但是写独占 - 读写锁……）
- 抢不到时怎么办（抢不到玩命抢；抢不到暂时睡着，等一段时间再试/等通知再试；或者二者的结合，先玩命抢几次，还没抢到就睡着）
- 如果锁被释放了还有其他等待锁的怎么办（不管，让等的线程通过超时机制自己抢；按照一定规则通知某一个等待的线程；通知所有线程唤醒他们，让他们一起抢……）
有了这些选择，你就可以按照业务需求组装出你需要锁。
恰当的使用锁，可以解决同步或者互斥的问题。你可以说Mutex是专门被设计来解决互斥的；Barrier，Semphore是专门来解决同步的。但是这些都离不开上述对上述4个问题的处理。同时，如果遇到了其他的具体的并发问题，你也可以定制一个锁来满足需要。
Java内存模型（JMM）
JMM抽象图示
图片来自：http://www.importnew.com/24082.html
线程之间的共享变量存储在主内存中，每个线程都有一个私有的工作内存，工作内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。工作内存是JMM的一个抽象概念，它涵盖了缓存、写缓冲区、寄存器以及其他硬件和编译器优化。如果上图的线程A想要和线程B进行通信，那么线程A先要将自己的工作内存更新过的共享变量刷新到主内存中去，然后线程B到主内存取出该变量并保存到自己的工作内存中。
从运行时数据区理解JMM
图片来自：http://tutorials.jenkov.com/java-concurrency/java-memory-model.html
这张图片解释的更加细致，是从JVM运行时数据区的角度进行的解释：上文中的共享内存实际上就是JVM运行时数据区中的堆；每个线程都会有自己的虚拟机栈，线程中的方法在执行的时候会在该线程的栈中新建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈等，这个部分对应上文中提到的每个线程的工作内存。
Java内存模型的关键技术点都是围绕着多线程的原子性、可见性、有序性来建立的。接下来进行简单的介绍：
原子性
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。在Java中，对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作，即这些操作是不可被中断的，要么执行，要么不执行。
x = 10; //语句1
y = x; //语句2
x++; //语句3
x = x + 1; //语句4
这些例子是最常见的原子性问题，上面的语句中只有语句1是原子的；语句2包含了读x和写y两个操作；语句3最容易产生混淆，i++等价于i=i+1，和语句4是相同的，它们分别包含3个操作，读i，对i进行加1，然后写i。
总结来说，只有简单的读取、赋值（而且必须是将数字赋值给某个变量，变量之间的相互赋值不是原子操作）才是原子操作。
可见性
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。常用的用来保证可见性的方法是volatile关键字，它可以保证被volatile关键字修饰的共享变量被修改后，立即写回主存，其他线程在读取这个volatile修饰的变,量的时候，不会去工作线程中读取，而是直接从主存中读。
除了volatile之外，Java还有两个关键字能实现可见性，它们是synchronized，Lock：同步块的可见性是由“对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步回主内存中(执行store和write操作)”这条规则获得的。而final关键字的可见性是指，被final修饰的字段是构造器一旦初始化完成，并且构造器没有把“this”引用传递出去，那么在其它线程中就能看见final字段的值。
有序性
有序性是指程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。
int i = 0;
boolean flag = false;
i = 1; //语句1
flag = true; //语句2
上面的这个例子中，语句1不一定在语句2之前执行，因为会发生指令重排。
重排序分为3种：
- 编译器优化的重排序：编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序。
- 指令级并行的重排序：处理器的流水线技术等。
- 内存系统的重排序：处理器采用了读/写缓冲区，这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行。
指令重排不会影响单个线程的执行，但是会影响到线程并发执行的正确性。在Java中可以通过synchronized和Lock来保证有序性，它们保证了每个时刻只有线程执行同步代码，相当于让线程顺序执行同步代码，自然保证了有序性。
volatile可以保证部分的有序性，例如：
int a=1;
int b=2;
volatile int c=3;
int d=4;
a，b一定会发生在c之前，因为volatile会添加内存屏障，保证了程序部分的有序性，为什么说是部分，因为a，b之间的发生顺序是不确定的。
Java内存模型具备一些先天的“有序性”，这个有序性称为happens-before原则。如果两个操作的执行次序无法从happens-before原则推导出来，那么就无法保证它们的有序性。
happens-before原则（先行发生原则）：
- 程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作
- 锁定规则：一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作
- volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作
- 传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C
- 线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作
- 线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生
- 线程终结规则：线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行
- 对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始
参考资料：
- 线程通信机制—共享内存：消息传递
- Java中线程同步锁和互斥锁有啥区别？ - chen Kingwen的回答 - 知乎 （解释了互斥和同步的含义）
- Java中线程同步锁和互斥锁有啥区别？ - 大宽宽的回答 - 知乎（通俗的解释了锁的内涵）
- Java Concurrency（Java并发教学网站，非常棒，需要反复看反复学习）
- Java多线程中提到的原子性和可见性、有序性