并发（1）

目录

1.多线程的出现是要解决什么问题的？本质什么？

2.Java是怎么解决并发问题的？

3.线程安全有哪些实现思路？

4.如何理解并发和并行的区别？

5.线程有哪几种状态?分别说明从一种状态到另一种状态转变有哪些方式?

---

1.多线程的出现是要解决什么问题的？本质什么？

CPU，内存，I/O设备的速度是有极大差异的，为了合理利用CPU的高性能，平衡这三者的速度差异，计算机体系结构，操作系统，编译程序都做出了共享，主要体现为：

CPU增加了缓存，以均衡与内存的速度差异；//导致可见性问题

操作系统增加了进程，线程，以分时复用CPU，进而均衡CPU与I/O设备的速度差异；//导致原子性问题

编译程序优化指令执行次序，使得缓存能够得到更加合理的利用。//导致有序性问题

2.Java是怎么解决并发问题的？

Java内存模型是个很复杂的规范，具体看Java内存模型详解。

理解的第一个维度：核心知识点

JMM本质上可以理解为，Java内存模型规范了JVM如何提供按需禁用缓存和编译优化的方法。

具体来说，这些方法包括：

volatile,sychronized和final三个关键字

Happens－Before规则

理解的第二个维度：可见性，有序性，原子性

原子性

在Java中，对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作，即这些操作是不可被中断的，要么执行，要么不执行。请分析以下哪些操作是原子性操作：

上面4个只有语句1的操作具备原子性。

也就是说，只有简单的读取，赋值（而且必须是将数字赋值给某个变量，变量之间的相互赋值不是原子操作）才是原子操作。

从上面可以看出，Java内存模型只保证了基本读取和赋值是原子性操作，如果要实现更大范围操作的原子性，可以通过synchronized和Lock来实现。由于synchronized和Lock能够保证任意时刻只有一个线程执行该代码块，那么自然就不存在原子性问题了，从而保证了原子性。

可见性

Java提供了volatile关键字来保证可见性。

当一个共享变量被volatile修饰时，他会保证修改的值会立刻被更新到主存，当有其他线程需要读取时，他会去内存中读取新值。

而普通的共享变量不能保证可见性，因为普通共享变量被修改之后，什么时候被写入主存是不确定的，当其他线程去读取时，此时内存中可能还是原来的旧值，因此无法保证可见性。

另外，通过synchronized和Lock也能够保证可见性，sychronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码，并且在释放锁之前会将变量的修改刷新到主存当中。因此可以保证可见性。

有序性

在Java里面，可以通过volatile关键字来保证一定的“有序性"。另外可以通过sychronized和Lock来保证有序性。很显然，synchronized和Lock保证每个时刻是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，自然就保证了有序性。当然JMM是通过Happens－Before规则来保证有序性的。

3.线程安全有哪些实现思路？

1.互斥同步

sychronized和ReentrantLock

2.非阻塞同步

互斥同步最主要的问题就是线程阻塞和唤醒所带来的性能问题，因此这种同步也称为阻塞同步。

互斥同步属于一种悲观的并发策略，总是认为只要不去做正确的同步措施，那就肯定会出现问题。无论共享数据是否真的出现竞争，他都要进行加锁（这里讨论的是概念模型，实际上虚拟机会优化掉很大一部分不必要的加锁），用户态转换，维护锁计数器和检查是否有被阻塞的线程唤醒等操作。

CAS

随着硬件指令集的发展，我们可以使用基于冲突检测的乐观并发策略：先进行操作，如果没有其他线程争用共享数据，那操作就成功了，否则采取补偿措施（不断地重试，直到成功为止）。这种乐观的并发策略的许多实现都不需要将线程阻塞，因此这种同步操作称为非阻塞同步。

乐观锁需要操作和冲突检测这两个步骤具备原子性，这里就不能再使用互斥同步来保证了，只能靠硬件来完成。硬件支持的原子性操作最典型的是：比较并交换（Compare－and－Swap，CAS）。CAS指令需要有3个操作数，分别是内存地址V，旧的预期值A和新值B。当执行操作时，只有当V的值等于A，才将V的值更新为B。

AtomicInteger

J.U.C包里面的整数原子类AtomicInteger，其中的compareAndSet()和getAndIncrement()等方法都使用了Unsafe类的CAS操作。

3.无同步方案

要保证线程安全，并不是一定就要进行同步。如果一个方法本来就不涉及共享数据，那他自然就无须任何同步措施去保证正确性。

栈封闭

多个线程访问同一个方法的局部变量时，不会出现线程安全问题，因为局部变量存储在虚拟机栈中，属于线程私有的。

线程本地存储（Thread   Local  Storage)

如果一段代码中所需要的数据必须与其他代码共享，那就看看这些共享数据的代码能否保证在同一个线程中执行。如果能保证，我们就可以把共享数据的可见范围限制在同一个线程之内，这样，无须同步也能保证线程之间不出现数据争用的问题。

4.如何理解并发和并行的区别？

并发是指一个处理器 同时处理多个任务。

并行是指多个处理器或者多核的处理器同时处理多个不同的任务。

5.线程有哪几种状态?分别说明从一种状态到另一种状态转变有哪些方式?

新建（New）

创建后尚未启动。

可运行（Runnable)

可能正在运行，也可能正在等待CPU时间片。

包含了操作系统线程状态中的Runnuing和Ready。

阻塞（Blocking)

等待获取一个排他锁，如果其线程释放了锁就会结束此状态。

无限期等待（Waiting)

等待其他线程显式地唤醒，否则不会分配CPU时间片。

限期等待（Timed  Waiting)

无需等待其他线程显式地唤醒，在一定时间之后会被系统自动唤醒。

调用Thread.sleep()方法使线程进入限期等待状态时，常常用”使一个线程睡眠“进行描述。

调用Object.wait()方法进入限期等待或者无限期等待时，常常用”挂起一个线程“进行描述。

睡眠和挂起是用来描述行为，而阻塞和等待用来描述状态。

阻塞和等待的区别在于，阻塞是被动的，他是等待获取一个排他锁。而等待是主动的，通过调用Thread.sleep()和Object.wait()等方法进入。

死亡（Terminated)

可以是结束任务之后自己结束，或者产生了异常而结束。