Java并发
线程和进程的区别是什么？
线程有些时候被称为轻量级进程，并且大多数据 现代操作系统把线程作为时序调度的基本单元，而不是进程。
对于CUP资源比较特殊，线程才是CPU分配的基本单位
线程是进程中的一个实体，线程是不会独立存在的！所以说，没有进程就没有线程
1.简而言之,一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程.
2.线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高。
3.另外，进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率。
4.线程在执行过程中与进程还是有区别的。每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。
5.从逻辑角度来看，多线程的意义在于一个应用程序中，有多个执行部分可以同时执行。但操作系统并没有将多个线程看做多个独立的应用，来实现进程的调度
优缺点
线程和进程在使用上各有优缺点：
1 线程执行开销小，但不利于资源的管理和保护；而进程正相反。
2 线程适合于在SMP机器上运行，而进程则可以跨机器迁移。
3 恰当地使用线程时，可以降低开发和维护的开销，并且能够提高杂应用的性能。
Volatile 变量：一种同步的弱形式。它确保参一个变量的更新以可预见的方式告知其他的线程。
1 Volatile 变量的操作不会加锁。也就不会引起执行线程的阻塞
2 Volatile 变量地可见性的影响所产生的价值远远高于变量本身
3 加锁可以保证可见性与原子性，volatile 变量只能可见性
4 volatile 关键字通过添加内存屏障（Memory Barriers）的方式来禁止特定类型的处理器重排序，即重排序时不能把后面的指令放到内存屏障之前
满足下面所有的标准后，你才能使用Volatile
1写入变量时并不依赖变量的当前值，或者能够确保只有单一的线程修改变量的值
2变量不需要与其他的状态变量共同参与不变约束
3而且访问变量时，没有其他的原因需要加锁
synchronized 的实现原理与应用
synchronized 称为 重要级锁
synchronized 保证每个时刻只有一个线程执行同步代码，相当于是让线程顺序执行同步代码。
java 中的每一个对象都可以作为锁 表现以下3种形式
1 对于普通同步方法，锁是当前实例对象
2对于静太同步方法，锁是当前类的Class 对象。
3对于同步方法块，锁是Synchonized 括号里配置的对象
锁
1 公平锁/非公平锁
公平锁：多个线程申请获取同一个锁，按照线程的申请顺序，排队获取锁。公平锁的好处是等待的线程不会被饿死，相应的缺陷 就是整体吞吐量很低、效率很低，使用new ReentrantLock(true)可以构造一个公平锁。
非公平锁：多个线程申请获取同一个锁，获取锁的顺序不按照申请顺序，抢占式的获取。非公平锁的好处是整体效率很高，但是 可能会使有些线程一致在等待，造成饿死。使用Synchronized、new ReentrantLock()和new ReentrantLock(false)可 以 构建一 个非公平锁。
2 可重入锁
可重入锁：也称为递归锁，即线程在获取到某方法的锁之后，如果在该方法内部调用其它方法，这个方法也需要获取锁，那么 进入这个方法将自动获取锁，它可以在一定程度上避免死锁。
3 独享锁/共享锁
共享锁：简单的理解就是锁可以被多个线程持有。在实际使用过程中，线程A获取到了共享资源D的共享锁，其它线程只能获取 D的共享锁，不能获取独占锁。
独占锁：一次只能有一个线程获得锁，即只能被一个线程持有。在实际使用过程中，线程A获取到了共享资源D的独占锁，其它 线程不能获取D的任何类型锁。
4 互斥锁/读写锁
互斥锁：即一次只能有一个线程持有的锁。ReentrantLock和synchronized都是互斥锁。
读写锁：一次只有一个线程（writer线程）可以修改共享数据，但在许多情况下，任何数量的线程可以同时读取共享数据 （reader 线程）。Java中的读写锁通过ReentrantReadWriteLock实现。ReentrantReadWriteLock.ReadLock是读锁，它 是共享锁。ReentrantReadWriteLock.WriteLock是写锁，它是独占锁。
5 乐观锁/悲观锁
悲观锁：认为对同一数据的并发操作一定会出现冲突问题，所以，在对数据操作之前一定要加锁。Java编码中悲观锁的实现有很 多种，for update就是一种。
乐观锁：认为对同一数据的并发操作不会出现冲突问题，数据操作不加锁，会在操作提交时检查数据的完整性。Java中常用的乐 观锁方式有版本号、时间戳
6 分段锁
分段锁其实是一种锁的设计，并不是具体的一种锁，对于ConcurrentHashMap而言，其并发的实现就是通过分段锁的形式来实现高效的并发操作。我们以ConcurrentHashMap来说一下分段锁的含义以及设计思想，ConcurrentHashMap中的分段锁称为 Segment，它即类似于 HashMap（JDK7 与 JDK8 中 HashMap 的实现）的结构，即内部拥有一个 Entry 数组，数组中的每个元素既是一个链表；同时又是一个 ReentrantLock（Segment 继承了 ReentrantLock)。当需要 put 元素的时候，并不是对整个 hashmap 进行加锁，而是先通过 hashcode 来知道他要放在那一个分段中，然后对这个分段进行加锁，所以当多线程 put 的时候，只要不是放在一个分段中，就实现了真正的并行的插入。但是，在统计 size 的时候，可就是获取 hashmap 全局信息的时候，就需要获取所有的分段锁才能统计。分段锁的设计目的是细化锁的粒度，当操作不需要更新整个数组的时候，就仅仅针对数组中的一项进行加锁操作。
7 偏向锁/轻量级锁/重量级锁
这三个锁都是针对synchronized来说的，具体的实现细节比较复杂，这里不展开细说。
偏向锁：对于一段同步代码来说，锁偏向于第一次获取它的线程，如果继续执行的过程中，锁没有被其它线程持有，则持有偏向锁的线程将不需要同步，自动获取锁。
轻量级锁：当偏向锁被另一个线程持有的时候，偏向锁升级为轻量级锁，其它线程通过自旋转的方式尝试获取锁。
重量级锁：当轻量级锁被另一个线程持有的时候，轻量级锁升级为重量级锁。
| 锁 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
| 偏向锁 | 加锁和解锁不需要额外的消耗，和执行非同步方法相比仅存在纳秒级的差距 | 如果线程间存在锁竞争，会带来额外的所撤销的消耗 | 适用于只有一个线程访问同步块场景 |
| 轻量级锁 | 竞争的线程不会阻塞，提高了程序的响应速度 | 如果始终得不到锁竞争的线程，使用自旋会消耗CPU | 追求相应速度，同步块执行速度非常块 |
| 重量级锁 | 线程竞争不适用自旋，不会消耗CPU | 线程阻塞，相应时间缓慢 | 追求吞吐量，同步块执行速度较长 |
8 自旋锁
Java线程在得不到锁时不会立即阻塞，而是执行一个循环，不断的去尝试获取锁，这种技术就是自旋锁。它可以减少在获取锁的过程中，因为线程上下文的切换而导致的额外消耗。
9 可重入锁
可重入锁：也称为递归锁，即线程在获取到某方法的锁之后，如果在该方法内部调用其它方法，这个方法也需要获取锁，那么进入这个方法将自动获取锁，它可以在一定程度上避免死锁。
java 内存模型
1 Java采用内存共享的模式来实现线程之间的通信。编译器和处理器可以对程序进行重排序优化处理，但是需要遵守一些规则，不能随意重排序。
原子性：一个操作或者多个操作要么全部执行要么全部不执行；
可见性：当多个线程同时访问一个共享变量时，如果其中某个线程更改了该共享变量，其他线程应该可以立刻看到这个改变；
有序性：程序的执行要按照代码的先后顺序执行；
在并发编程模式中，势必会遇到上面三个概念，JMM对原子性并没有提供确切的解决方案，但是JMM解决了可见性和有序性，至于原子性则需要通过锁或者Synchronized来解决了。
2 happens-before
happens-before是JMM最核心的概念。对于JAVA程序员来说，理解happens-before是理解JMM的关键
原则是JMM中非常重要的一个原则，它是判断数据是否存在竞争、线程是否安全的主要依据，依靠这个原则，我们可以解决在并发环境下两个操作之间是否存在冲突的所有问题。JMM规定，两个操作存在happens-before关系并不一定要A操作先于B操作执行，只要A操作的结果对B操作可见即可。
JMM通过happens-before关系向程序员提供跨线程的内存可见性保证:
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程序次序规则：一段代码在单线程中执行的结果是有序的。注意是执行结果，因为虚拟机、处理器会对指令进行重排序（重排序后面会详细介绍）。虽然重排序了，但是并不会影响程序的执行结果，所以程序最终执行的结果与顺序执行的结果是一致的。故而这个规则只对单线程有效，在多线程环境下无法保证正确性。
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锁定规则：这个规则比较好理解，无论是在单线程环境还是多线程环境，一个锁处于被锁定状态，那么必须先执行unlock操作后面才能进行lock操作。
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volatile变量规则：这是一条比较重要的规则，它标志着volatile保证了线程可见性。通俗点讲就是如果一个线程先去写一个volatile变量，然后一个线程去读这个变量，那么这个写操作一定是happens-before读操作的。
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传递规则：提现了happens-before原则具有传递性，即A happens-before B , B happens-before C，那么A happens-before C
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线程启动规则：假定线程A在执行过程中，通过执行ThreadB.start()来启动线程B，那么线程A对共享变量的修改在接下来线程B开始执行后确保对线程B可见。
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线程终结规则：假定线程A在执行的过程中，通过制定ThreadB.join()等待线程B终止，那么线程B在终止之前对共享变量的修改在线程A等待返回后可见。
3 在程序运行过程中，为了执行的效率，编译器和处理器是可以对程序进行一定的重排序，但是他们必须要满足两个条件：1 执行的结果保持不变，2 存在数据依赖的不能重排序。重排序是引起多线程不安全的一个重要因素。
4 同时顺序一致性是一个比较理想化的参考模型，它为我们提供了强大而又有力的内存可见性保证，他主要有两个特征：1 一个线程中的所有操作必须按照程序的顺序来执行；2 所有线程都只能看到一个单一的操作执行顺序，在顺序一致性模型中，每个操作都必须原则执行且立刻对所有线程可见。
Java内存模型还规定了在执行上述8种基本操作时必须满足如下规则：
- 不允许read和load、store和write操作之一单独出现，即不允许一个变量从主内存读取了但工作内存不接受，或者从工作内存发起回写了但主内存不接受的情况出现。
- 不允许一个线程丢弃它的最近的assign操作，即变量在工作内存中改变了之后必须把该变化同步回主内存。
- 不允许一个线程无原因地（没有发生过任何assign操作）把数据从线程的工作内存同步回主内存中。
- 一个新的变量只能在主内存中“诞生”，不允许在工作内存中直接使用一个未被初始化（load或assign）的变量，换句话说，就是对一个变量实施use、store操作之前，必须先执行过了assign和load操作。
- 一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行lock操作，但lock操作可以被同一条线程重复执行多次，多次执行lock后，只有执行相同次数的unlock操作，变量才会被解锁。
- 如果对一个变量执行lock操作，那将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，需要重新执行load或assign操作初始化变量的值。
- 如果一个变量事先没有被lock操作锁定，那就不允许对它执行unlock操作，也不允许去unlock一个被其他线程锁定住的变量。
- 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、write操作）。
内存模型
方法区（Method Area）：
方法区是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError 异常。
方法区里存放着类的版本，字段，方法，接口和常量池。常量池里存储着字面量和符号引用。符号引用包括：1.类的全限定名，2.字段名和属性，3.方法名和属性。
JVM堆（Java Heap）：
Java 堆也是属于线程共享的内存区域，它在虚拟机启动时创建，是Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块，主要用于存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存，注意Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做GC 堆，如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError 异常。
程序计数器(Program Counter Register)：
字节码解释器工作时，通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。
多线程中，为了让线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间互不影响、独立存储，因此这块内存是线程私有的。
虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)：
Java虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链表、方法出口信息等。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
本地方法栈(Native Method Stacks)：
本地方法栈属于线程私有的数据区域，这部分主要与虚拟机用到的 Native 方法相关，一般情况下，我们无需关心此区域。