[Java多线程 一]---线程的概念与基本性质

并行与并发

针对垃圾收集器线程（守护线程）和用户线程做解释和对比。
并行（Parallel）：指多条垃圾收集线程并行工作，但此时用户线程仍然处于等待状态。
并发（Concurrent）：指用户线程与垃圾收集线程同时执行（但不一定是并行的，可能会交替执行），用户程序在继续运行，而垃圾收集程序运行于另一个CPU上。

串行：顺序做不同事的能力：先洗衣服，洗完后做饭。弱鸡。

并发：交替做不同事的能力：一会儿洗衣服，一会儿做饭，交替执行，但快如闪电。洗衣服的是一个（cpu）做饭的是一个（cpu），所以多核的情况下会非常快，在同一个时间段内每个cpu各司其职。团战。并发的实质是一个物理CPU(也可以多个物理CPU) 在若干道程序之间多路复用，并发性是对有限物理资源强制行使多用户共享以提高效率。

并行：同时做不同事的能力：左手洗衣服右手做饭，在同一时刻同时做两件事。单兵王。并行性指两个或两个以上事件或活动在同一时刻发生。在多道程序环境下，并行性使多个程序同一时刻可在不同CPU上同时执行。

核心区别：并发关注的是资源充分利用（也就是不让cpu闲下来），并行关注的是一个任务被分解给多个执行者同时做，缩短这个任务的完成时间（也就是尽快做完这件事）

进程和线程

进程与线程的基本概念

进程：每个进程都有独立的代码和数据空间（进程上下文），进程间的切换会有较大的开销，一个进程包含1–n个线程。操作系统进行资源分配的单位；正在运行的程序。
线程：同一类线程共享代码和数据空间，每个线程有独立的运行栈和程序计数器(PC)，线程切换开销小。进程中独立操作的执行单元。
线程和进程一样分为五个阶段：创建、就绪、运行、阻塞、终止。
多进程是指操作系统能同时运行多个任务（程序）。
多线程是指在同一程序中有多个顺序流在并发执行
在引入线程的操作系统中，通常都是把进程作为分配资源的基本单位，而把线程作为独立运行和独立调度的基本单位。

线程与进程的区别归纳

a.地址空间和其它资源：进程间相互独立，同一进程的各线程间共享。某进程内的线程在其它进程不可见。
b.通信：进程间通信IPC，线程间可以直接读写进程数据段（如全局变量）来进行通信——需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性。
c.调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。
d.在多线程OS中，进程不是一个可执行的实体。

基本概念

共享和可变

要编写线程安全的代码，其核心在于对共享的和可变的状态进行访问。

• “共享”就意味着变量可以被多个线程同时访问。我们知道系统中的资源是有限的，不同的线程对资源都是具有着同等的使用权。有限、公平就意味着竞争，竞争就有可能会引发线程问题。

• “可变”是指变量的值在其生命周期内是可以发生改变的。“可变”对应的是“不可变”。我们知道不可变的对象一定是线程安全的，并且永远也不需要额外的同步（因为一个不可变的对象只要构建正确，其外部可见状态永远都不会发生改变）。所以“可变”意味着存在线程不安全的风险。

解决线程不安全风险的办法：

• 不在线程中共享该状态变量，可以将变量封装到方法中。

• 将状态变量修改为不可变的变量（final）。

• 访问状态变量时使用同步策略。

• 使用原子变量类。
  ###线程安全性
  线程安全是一个比较复杂的概念。其核心概念就是正确性。所谓正确性就是某各类的行为与其规范完全一致，即其近似与“所见即所知（we know it when we see it）”。当多个线程访问某各类时，不管运行时环境采用何种调度方式或者这些线程将如何交替执行，并且在主调代码中不需要任何额外的同步或者协同，这个类都能表现出正确的行为，那么就称这个类是线程安全的。
  ###线程同步
  线程通过其核心就在于一个“同”。所谓“同”就是协同、协助、配合，“同步”就是协同步调昨，也就是按照预定的先后顺序进行运行，即“你先，我等， 你做完，我再做”。

线程同步，就是**当线程发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不会返回，其他线程也不能调用该方法。**就一般而言，我们在说同步、异步的时候，特指那些需要其他组件来配合或者需要一定时间来完成的任务。在多线程编程里面，一些较为敏感的数据时不允许被多个线程同时访问的，使用线程同步技术，确保数据在任何时刻最多只有一个线程访问，保证数据的完整性。

线程同步的机制主要有：临界区、互斥量、事件、信号量四种方式

• 临界区：通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问。在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问，如果有多个线程试图访问公共资源，那么在有一个线程进入后，其他试图访问公共资源的线程将被挂起，并一直等到进入临界区的线程离开，临界区在被释放后，其他线程才可以抢占。

• 互斥量：用互斥对象机制。 只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限，因为互斥对象只有一个，所以能保证公共资源不会同时被多个线程访问。互斥不仅能实现同一应用程序的公共资源安全共享，还能实现不同应用程序的公共资源安全共享。

• 信号量：它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。

• 事 件： 通过通知操作的方式来保持线程的同步，还可以方便实现对多个线程的优先级比较的操作。

锁和信号量

互斥锁

• 每个对象都对应一个互斥锁标记，可以保证在某一时刻只能有一个线程访问该对象。
• 互斥锁的关键字 synchronized 可以写在某个方法上（代表锁调用该方法的对象）；
• 可以括在要锁的语句外。
• 好处：解决了线程安全的问题
• 弊端：降低了运行效率（判断锁，且不能共享信息）；容易出现死锁。

死锁

两个线程A，B用到同一个对象s(s为共享资源)，且线程A在执行中要用到B运行后所创造条件。在这种前提下A先开始运行，进入同步块后，对象s被锁定，接着线程A因等待B运行结束而进入阻塞状态，于是B开始运行，但因无法访问对象s，线程B也进入阻塞状态，等待s被线程A解锁。最终的结果：两个线程互相等待，都无法运行。

信号量与锁

信号量用在多线程多任务同步的，一个线程完成了某一个动作就通过信号量告诉别的线程，别的线程再进行某些动作（大家都在semtake的时候，就阻塞在 哪里）。而互斥锁是用在多线程多任务互斥的，一个线程占用了某一个资源，那么别的线程就无法访问，直到这个线程unlock，其他的线程才开始可以利用这 个资源。比如对全局变量的访问，有时要加锁，操作完了，在解锁。有的时候锁和信号量会同时使用的

也就是说，信号量不一定是锁定某一个资源，而是流程上的概念，比如：**有A,B两个线程，B线程要等A线程完成某一任务以后再进行自己下面的步骤，这个任务 并不一定是锁定某一资源，还可以是进行一些计算或者数据处理之类。**而线程互斥量则是“锁住某一资源”的概念，在锁定期间内，其他线程无法对被保护的数据进 行操作。在有些情况下两者可以互换。

以一个停车场的运作为例。简单起见，假设停车场只有三个车位，一开始三个车位都是空的。这时如果同时来了五辆车，看门人允许其中三辆直接进入，然后放下车拦，剩下的车则必须在入口等待，此后来的车也都不得不在入口处等待。这时，有一辆车离开停车场，看门人得知后，打开车拦，放入外面的一辆进去，如果又离开两辆，则又可以放入两辆，如此往复。
在这个停车场系统中，车位是公共资源，每辆车好比一个线程，看门人起的就是信号量的作用。但如果看门人每次只让一辆车进入，那么这个时候看门人就是一个锁

线程的基本性质

原子性

原子是世界上最小的单位，具有不可分割性。在我们编程的世界里，某个操作如果不可分割我们就称之为该操作具有原子性。例如：i = 0,这个操作是不可分割的，所以该操作具有原子性。如果某个操作可以分割，那么该操作就不具备原子性，例如i++。非原子操作都存在线程安全问题，这个时候我们需要使用同步机制来保证这些操作变成原子操作，来确保线程安全。

可见性

线程可见性是指线程之间的可见性**，即一个线程对状态的修改对另一个线程是可见的**，也就是一个线程修改的结果，另外一个线程立马就知道了。比如volitile修饰的变量，就具备可见性。

有序性

有序性指的是数据不相关的变量在并发的情况下，实际执行的结果和单线程的执行结果是一样的，不会因为重排序的问题导致结果不可预知。volatile, final, synchronized，显式锁都可以保证有序性。