并发编程概述初识

1. 分工：多线程并发最基本场景：各线程各司其职吗，完成不同的工作
2. 同步：一个线程执行条件往往依赖于另一线程的执行结果
3. 互斥：不同线程操作相同共享资源，比如访问相同的共享变量，强调线程安全问题

互斥问题很像数据库都是一样的，或者说天下的互斥都是一样的

并发的各种问题可以归结为三个源头：

1. 缓存导致的可见性问题
2. 线程切换带来的原子性问题
3. 编译优化带来的有序性问题

1：缓存导致的可见性问题
CPU多核时代，同一变量再多个线程中有多个副本，线程对副本的操作对其他线程不可见

2：线程切换带来的原子性问题
计算机允许运行多线程是因为操作系统的分时切换机制，提高了CPU的使用率，保证多线程可以相对公平的获取CPU，但是有一个不可避免的问题就是线程的切换，线程切换的时候，被休眠的线程会暂停，包括PC（程序计数器）与栈等，等到此线程再次被唤醒，可能发现已经物是人非了，因为一条高级语言可能对应多条CPU指令

3：编译优化带来的有序性问题
JAVA为了优化性能，可能会对指令进行重排，这些重新排列再大部分时候是无害的，但是有时候，可能会导致意想不到的Bug，比较经典的问题是双重检查创建单例：在方法中先判断instance是否为空，为空就锁定整个类，创建前再判断一次是否为空，为空再创建。锁定以后再次进行判断，是为了避免在第一次判断之后，线程中断，其他线程完成了创建。

public class Singleton {
  static Singleton instance;
  static Singleton getInstance(){
    if (instance == null) {
      synchronized(Singleton.class) {
        if (instance == null)
          instance = new Singleton();
        }
    }
    return instance;
  }
}

一切看起来很完美，但实际上，这种单例模式的实现还是有问题的。因为new操作被重排了，我们认为new操作应该是：

分配一块内存；
在内存上完成Singleton对象的初始化；
把内存地址给instance；
但实际上优化后可能是这样的：

分配一块内存；
将内存地址给instance；
在内存上完成Singleton对象的初始化；
优化后，可能出现访问单例成员出现空指针异常。我们假设有两个线程A、B，A执行getIntance到指令2时，线程切换到线程B，线程B看到intance已经不为空，认为可用了。但这时还没有进行对象的初始化，这时使用instance，就可能出现问题。

java并发问题归结为三类，安全性问题，活跃性问题和性能问题

1. 安全性问题：本质为正确性问题，就是程序按照我们期望的方式执行。并发程序可能会因为上述的三种原因导致诡异的bug，但是可以确认bug的复现条件：多个线程共享一个数据，且数据可写。因此当这个条件出现的时候，我们就需要考虑程序是否存在安全性问题
2. 活跃性问题：指的是某个操作无法执行下去，比如死锁，活锁，饥饿。
   死锁是因为两个线程均持有对方需要的资源，然后互相等待导致
   活锁则相反，是由于互相谦让导致，两个线程同时执行，发现冲突后会再次重试，然后一直谦让下去，解决办法：随机时间重试
   饥饿，指的是线程一直得不到执行的情况，
   如线程优先性低，系统忙时得不到执行，解决办法是公平锁，保证先排队先得到锁；
   或者所需资源被IO、锁等长时间占有资源，然后导致等待阻塞下去，解决办法是设计超时机制，超时处理
3. 性能问题：滥用锁导致的，不需要用锁用了锁，用小锁的地方用了大锁。
   主要指标：吞吐(单位时间处理请求数)、时延(单次处理的平均耗时)、并发量(同一时刻可以介入的请求数)