Java并发编程相关

参考：
方腾飞 魏鹏 程晓明 《Java并发编程的艺术》

1. 上下文切换

CPU分时间片处理多线程任务，切换执行线程的时候要进行上下文切换和保持。
减少上下文切换的方式有：

• 无锁并发编程，使用不同的线程处理不同区域的数据。
• 使用CAS算法：CAS，Campare and Set，语义是“我认为V的值应该为A，如果是，那么将V的值更新为B，否则不修改并告诉V的值实际为多少”，是一种乐观锁技术。当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试。
  a. 乐观锁：认定自己每次修改数据的时候都不会被别人修改。访问数据不会上锁，修改数据的时候判断该数据是否已经被别的线程更新。
  b. 悲观锁：认定自己每次修改数据的同时会被别人修改。每次访问数据都会加锁。
• 合理控制线程的数量
• 使用协程：在单个线程中维持多个任务的切换

2. Java中的原子操作：

1. 所有除了long和double的其它基本类型的赋值
2. 引用的赋值
3. java.concurrent.Atomic* 类里面的所有操作
4. volatile的long和double的赋值

3. Volatile

一旦一个共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被volatile修饰之后，那么就具备了两层语义：

• 保持可见性：保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。
• 禁止进行指令重排序。
  a. 在Java内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。
  b. Java内存模型具备一些先天的“有序性”，即不需要通过任何手段就能够得到保证的有序性，这个通常也称为 happens-before 原则。如果两个操作的执行次序无法从happens-before原则推导出来，那么它们就不能保证它们的有序性，虚拟机可以随意地对它们进行重排序。详情参考:理解 happens-before

volatile的原理和实现机制：
“观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现，加入volatile关键字时，会多出一个lock前缀指令”，lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障（也成内存栅栏）。这样保证了任何对该变量的访问都需要访问主存去读取。对该变量的更新必须同步刷新回共享内存。

volatile的使用场景：
要使 volatile 变量提供理想的线程安全，必须同时满足下面两个条件：

• 对变量的写操作不依赖于当前值。
• 该变量没有包含在具有其他变量的不变式中。
  a. 状态标志：volatile 变量作为一个布尔状态标志，用于指示发生了一个重要的一次性事件。
  b. 双重检查锁: http://www.importnew.com/12196.html

4. 线程之间的通信机制

线程之间通信方法有二：

• 共享内存：通过读写内存中的公共状态来实现隐式通信。
• 消息传递：通过发送消息来进行显式通信。

Java并发中采用共享内存实现线程通信。线程之间的共享变量存储在主内存中，每个线程将所需的共享变量拷贝在自己的本地内存中。更新后需要将自己的值更新到主内存，别的线程读取主内存进行通信。

5. Java线程优先级

Java 创建线程的时候可以设置该线程的优先级，优先级越高能够得到的时间片越多。然而一些操作系统并不支持这个机制。已知 MAC OS 10 和 ubuntu 14 不支持Java线程优先级设定。

6. Java中的 Deamon线程

Deamon线程是一种后台支持线程，当一个Java虚拟机不存在非Deamon线程的时候，虚拟机将自动退出。 Thread.setDeamon(True)可以讲线程设置成 Deamon线程。

7. 等待/通知机制

Object 内置方法：notify()，notifyAll()，wait()
当一个线程A调用了对象O的wait()方法进入等待状态，而另外一个线程B调用了O的notify()或者nodifyAll()的时候，A线程会从O的wait()方法中返回，执行后续操作。

• 使用三个方法之前都需要对该对象加锁
• 调用 wait()方法之后，线程由运行态变为等待态，并将该线程放入对象的等待队列。
• 从wait()方法返回的前提是该线程获得了对象的锁。

Java 中 Thread 对象有一个join()方法。如果一个线程A调用线程 threadB的threadB.join()方法，那么A将等待线程threadB终止之后才从threadB.join()返回。

8. ThreadLocal

ThreadLocal，即线程变量，是一个以ThreadLocal为键、任意对象为值的存储结构。该结构被附带在线程上，也就是一个线程可以根据一个ThreadLocal对象查询到绑定在该线程的一个值。

9. Java 并发容器和框架

1. ConcurrentHashMap
   HashMap是非线程安全的。在多线程环境中对HashMap进行push操作，会导致HashMap的Entry链形成环形结构，一旦形成环形数据结构，则Entry的Next永不为空，会产生获取Entry的死循环。
   HashTable在多线程环境中效率低下，因为它使用synchronized来保证线程安全，当一个线程访问HashTable的同步方法，另外线程的put和get操作会阻塞。
   ConcurrentHashMap采用锁分段技术提高并发访问效率。它由Segment[] 数组和HashEntry[] 数组组成，每个Segment由若干个HashEntry组成。插入和获取数据的时候，必须先通过散列算法定位到Segment，然后后对数据得hashcode进行再散列，以使得它们均匀地分布在各个Segment上。ConcurrentHashMap的get方法不需要加锁，因为它将get方法里面需要共享的变量都定义成为了volatile型，保证每个线程读取的都是最新值。
2. Executor框架
   Executor框架主要由3大部分组成：

• 任务。包括被执行的任务需要实现的接口：Runnable接口或者Callable接口。call()方法和run()方法的最大不同之处是call通常会有返回值。
• 任务的执行。核心接口Executor以及继承该接口的ExecutorService。Executor框架中有两个关键类实现了ExecutorService接口，分别是ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor。
• 异步计算的结果，包括接口Future和实现Future接口的FutureTask类。
  参考： http://www.2cto.com/kf/201410/343216.html