Java并发编程一基础必知

Java并发编程一

最近一直在学习Java中的多线程编程，面试的时候好多手写多线程题，当时就GG了，趁现在工作稳定下来，把这部分记录一下，分享一下自己的理解，如果有不当的地方还请指出。正式开始前有几个概念需要了解下，其实包括为什么要编写多线程、Java中内存模型等。

进程与线程

在我们运行一个Java程序或者浏览器等这些应用的时候都是一个个进程，来完成里面的一个个功能比如360中扫描垃圾就是一个线程。
进程：一段程序代码执行的过程，是系统进行资源分配的基本单位。
线程：是CPU进行运算和调度的基本单位。
两者区别：一个进程中可以有多个线程，线程之间共享进程，进程与进程之间隔离。
CPU使用时间片轮转来调度线程，当线程时间片用完，就会让出CPU，等到下一次的获取时间片继续运行，在上一篇中讲解程序计数器，它用来记录当前字节码的行号，CPU就会知道你上一次执行到哪里，从而往下继续执行。

并发与并行

并发：一个CPU把时间片分配给各个线程，在一个时间段内的线程代码运行时，其它线程处于阻塞状态（赛跑争取）。
并行：多个CPU上，线程互不抢占CPU资源，同时运行（并排行走）。

为什么使用多线程

因为现在的硬件水平不断提高，处理器的核心数量也越来越多，如果线程只使用一个处理器核心，其他处理器闲置，就太浪费资源了，让多线程在多个处理器核心上跑，会显著减少程序的处理时间，有更快的响应速度，执行效率显著提高。

线程的生命周期

新建：初始化线程，进入新建状态。如：Thread t=new Thread();
就绪：线程获取到CPU时间片，进去就绪状态，等待执行。如：t.start();
运行：就绪的线程获取CPU使用权，进入运行状态。进入运行状态只有一个入口就绪。
阻塞：运行的线程由于某些原因放弃CPU，进入到阻塞状态，等待CPU重新调度执行。
死亡：线程运行完毕或者发生异常。

Java内存模型

重排序

在执行代码时，为了提高性能，编译器和处理器会对代码进行重排序。
编译器重排序：在不改变单线程结果前提下，可以重新安排执行语句的顺序。
处理器重排序（指令与内存）：如果数据不存在依赖性，可以改成语句对应的机器指令顺序。
从源代码到最终的执行指令：

内存模型

Java中线程之间通信采用的是共享内存模型，Java线程是由Java内存模型（Java Memory Model）JMM控制，JMM决定了一个线程对共享变量的写入何时对另外一个线程可见：线程之间的共享变量存储在主内容，每个线程有一个私有的工作内存，他们会把共享变量备份至自己的私有内存，操作后再放到共享内存，不同线程之间无法直接访问对方工作内存之中的变量。因为直接操作主内存太慢，操作本地内存就很快，类似内存和高速缓存。

Happens-before

在JMM中，如果一个操作执行的结果需要对另外一个操作可见，那么这两个操作就必须存在Happens-before（先行发生）关系，与程序员相关的happens-before有四个规则：

• 程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happens-before与该线程中后续操作。
• 监视器规则：对一个锁的解锁，happens-before与随后的加锁。
• volatile变量规则：对一个volatile域的写，happens-before对这个volatile域的读。
• 传递性规则：如果A happens-before B，B happens-before C，那么A happens-before C。

as-if-serial语义

as-if-serial意思是不管怎么重排序，单线程的情况下程序结果不能改变。编译器和处理器都必须遵守as-if-serial语义，这样我们就不用担心编译器和处理器重排序，也不用担心内存可见性问题。

happens-before与JMM的关系

线程安全

当多个线程访问一个对象时，如果不用考虑这些线程在运行环境下的调度和交替执行，也不需要进行额外的同步，调用这个对象的行为都可以获得正确的结果，那这个对象就是线程安全的。线程安全满足以下三个条件：

1. 原子性：操作不可中断要么成功要么失败。
2. 可见性：当一个线程修改完一个变量，另一个线程立即得到最新的值。
3. 有序性：按照代码顺序执行，禁止重排序。

三种线程创建

Java中提供了三种线程的创建方法，继承Thread并重写run方法，实现Runnable接口重写run方法，实现Callable接口重写call方法。

1. 继承Thread类

运行结果：

run方法是不会新建线程运行，只是调用当前线程的方法，调用普通方法一样。
start会新建一个线程，等得到CPU的使用权后则会执行所对应的run方法体的代码。

2. 实现Runnable接口

3. 实现Callable方法

 1.Thread是类，需要被继承，重写run方法，操作简单。但是Java是单继承，有一定局限性，所以这种方式基本不用。
 2.Runnable是接口，实现run方法且无返回值，不能抛异常。
 3.Callable也是接口，实现call方法有返回值，可以抛异常，可拿到一个Future对象。
 当然Java中基本不用手动去创建这三种线程，出于资源问题、响应效率和方便管理线程会用线程池来创建线程。