【多线程】Java高并发基础

一、摩尔定律的失效和多线程的发展
摩尔定律的思想是，预计18个月会将芯片的性能提高一倍。但是在2004年，Intel CEO宣布Intel彻底取消4G Hz计划，至此摩尔定律在芯片上的发展已经失效了。如果计算机没有办法继续提高单个CPU的性能，那么就在一个CPU里面塞很多的核进去，因此多核CPU兴起。
在单核时代，多线程就有很广泛的应用，这时候多线程大多用于降低阻塞。多线程的作用不只是用作并行计算，还可以提高CPU的利用率。

二、线程的介绍
线程是进程里面更细微的执行单元，而多线程是为了使得多个线程并行的工作以完成多项任务，以提高系统的效率，线程是在同一时间需要完成多项任务的时候被实现。

线程的基本操作：

1. 线程刚刚新建出来，那它的状态就是new的状态，new状态的线程其实并没有开始工作，它只是一个静态的实体
2. 当调用实例的start方法之后，线程才真正的被启动。线程被启动之后状态变成RUNNABLE状态，表示线程可以执行了，一切准备就绪（但RUNNABLE状态并不一定表示这个线程一定在CPU上执行，有没有真正在执行，取决于物理CPU的调度）
3. 如果一个线程它的所有工作都做完了，那么自然它就会被终结掉，状态就处于TERMINATED状态，表示线程任务执行结束
4. 有些时候线程在执行过程中不可避免要去申请某些锁，比如要求申请某些对象的一个定时器，比如调用了synchronized方法，这个时候线程可能会被阻塞住
5. 如果一个线程在执行过程中调用了wait，那么这个进程就会变成等待状态WAITING,进入等待状态的线程它会等待另一些线程对它进行通知，它被通知之后就会从WAITING状态变为RUNNABLE状态，继续执行
6. 等待状态分为两种，一种是无限期的等待，一种是有限期的等待（TIMED.WAITING，比如我就等待10秒，如果过了十秒没有线程通知，就把状态由WAITING变为RUNNABLE)

使用线程的好处

1. 使用线程可以把占据长时间的程序中的任务放到后台去处理；
2. 用户界面可以更加吸引人，这样比如用户点击了一个按钮去触发某些事件的处理，可以弹出一个进度条来显示处理的进度；
3. 程序的运行速度可能加快；
4. 在一些等待的任务实现上如用户输入、文件读写和网络收发数据等，线程就比较容易了。在这种情况下，我们可以释放一些珍贵的资源如内存占用等等。

守护线程：
守护线程是指在后台默默运行的一些系统，为整个系统的运行提供一些支撑服务，能帮助系统做一些后台运维方面的事情，可能跟业务关系不是很大。
如果主线程main函数结束了，或者是main函数所开启的一些非守护线程结束了，这个时候我们可以认为这个Java程序已经没有存在的必要了（因为程序存在的目的就是执行非守护线程）。非守护线程会执行一些业务逻辑，而守护线程往往只是起到一些辅助作用

线程优先级：
线程是有优先级的，具有优先级高的线程更容易抢占系统资源，更快的执行。

三、一些重要的概念
同步和异步
同步和异步是对方法调用而言的。同步调用的等着方法调用结束之后返回结果，方法执行多久就等待多久
异步调用是会立即得到一个返回结果，但并不表示调用完成了，而是在后台启用一个线程慢慢的去做事情，但不影响后续调用事件的继续。

并发和并行
并行是两个线程或进程同时执行。并发是指一会儿做这件事情 一会儿做另一件事情（它有一个调度的过程）
对于单个CPU而言不可能出现并行，它同一时间只能处理一个线程（进程）；对于多个CPU而言就是可以实现并行的

临界区
临界区用来表示一种公共资源或者是共享数据，可被多个线程使用。
但每一次只能有一个线程使用它，因为如果不加限制，很可能因为多个线程进入临界区，把数据改坏掉。所以临界区每一次只能有一个进程进去。
如果一个线程进入临界区，其他线程也想进入临界区，则需要进入阻塞队列进行等待。

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。比如一个线程进入了临界区，其他线程不能进入临界区，需要在临界区之外进行等待，导致线程挂起，这种情况就是阻塞。
阻塞的意思就是指这个线程在操作系统层面，被挂起。
如果占用资源的线程一直不愿意释放资源，那么其他所有阻塞在这个临界区的线程都不能工作。
非阻塞线程是允许多个线程同时进入临界区。只要保证不把数据改坏就可以了。

死锁、饥饿和活锁：
对于阻塞队列来讲，在临界区就有可能发生死锁的现象。死锁是使程序卡死在那儿，没办法继续往下走，没办法提供服务了
死锁虽然不是一个好现象，但死锁属于一个静态的问题，一旦出现死锁，所有线程都卡死，CPU的占用率也是0，不会占用CPU。
与死锁对应的是活锁，活锁的例子是电梯遇人，一个要进去，一个要出去，两人一直相对左右左右的避让，结果一直进不去。活锁是一个动态的问题，它不像死锁那样一直不动，性能会受到非常严重的影响
有的线程优先级很高，有的线程优先级很低，在调度的时候会调度不到优先级很低的线程，一直一直持续下去会被饿死。
比如同时阻塞在一个临界区上，结果操作系统只调度优先级高的线程，因为优先级很低所以调度不到，就不能往下继续执行。这样下去就会被饿死，因为分不到足够的资源

并发级别：
阻塞：一个线程进入临界区之后，其他线程必须在临界区外进行等待
非阻塞：
无障碍：无障碍是一种最弱的非阻塞调度；自由出入临界区，无竞争时有限步骤内完成操作；有竞争时回滚数据（宽进严出的策略）
无锁：无锁在无障碍的基础上，加一个约束，就是 保证有一个线程可以胜出
无等待：首先要保证无锁；要求所有进入临界区的线程都能在有限步内完成；无饥饿。是并发的最高级别。