进程与线程
- 几乎所有的操作系统都支持同时运行多个任务，一个任务通常就是一个程序，每个运行中的程序就是一个进程。当一个程序运行时，内部可能包含了多个顺序执行流，每个顺序执行流就是一个线程。
- 几乎所有操作系统都支持进程的概念，所有运行中的任务通常对应一条进程（Process）。当一个程序进入内存运行，即变成一个进程。进程是处于运行过程中的程序，并且具有一定独立功能，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
一般而言，进程包含如下三个特征：
- 独立性：进程是系统中独立存在的实体，它可以拥有自己独立的资源，每一个进程都拥有自己私有的地址空间。在没有经过进程本身允许的情况下，一个用户进程不可以直接访问其他进程的地址空间。
- 动态性：进程与程序的区别在于：程序只是一个静态的指令集合，而进程是一个正在系统中活动的指令集合。在进程中加入了时间的概念。进程具有自己的生命周期和各种不同的状态，这些概念在程序中都是不具备的。
并发性：多个进程可以在单个处理器上并发执行，多个进程之间不会互相影响。
多线程
- 多线程则扩展了多进程的概念，使得同一个进行可以同时并发处理多个任务。线程（Thread）也被称作轻量级进程（Ligheweight Process），线程是进程的执行单元。就象进程在操作系统中的地位一样，线程在程序中是独立的、并发的执行流。当进程被初始化后，主线程就被创建了。对于绝大多数的应用程序来说，通常仅要求有一个主线程，但我们也可以在该进程内创建多条顺序执行流，这些顺序执行流就是线程，每条线程也是互相独立的。
- 线程是进程的组成部分，一个进程可以拥有多个线程，一个线程必须有一个父进程。线程可以拥有自己的堆栈、自己的程序计数器和自己的局部变量，但不再拥有系统资源，它与父进程的其它线程共享该进程所拥有的全部资源。因为多个线程共享父进程里的全部资源，因此编程更加方便；但必须更加小心，我们必须确保线程不会妨碍同一进程里的其它线程。
- 线程可以完成一定的任务，可与其他线程共享父进程中的共享变量及部分环境、相互之间协同来完成进程所要完成的任务。
- 简而言之：一个程序运行后至少有一个进程，一个进程里可以包含多个线程，但至少包含一个线程。
多线程编程的优势
- 进程间不能共享内存，但线程之间共享内存非常容易。
- 系统创建进程需要为该进程重新分配系统资源，但创建线程则代价小得多，因此使用多线程来实现多任务并发比多进程的效率高。
- Java语言内置的多线程功能支持，而不是单纯地作为底层操作系统的调度方式，从而简化了Java的多线程编程。
继承Thread类创建线程类
- 定义Thread类的子类，并重写该类的run方法，该run方法的方法体就是代表了线程需要完成的任务。因此，我们经常把run方法称为线程执行体。
- 创建Thread子类的实例，即创建了线程对象。
- 调用线程对象的start方法来启动该线程。
实现Runnable接口创建线程类
- 定义Runnable接口的实现类，并重写该接口的run方法，该run方法的方法体同样是该线程的线程执行体。
- 创建Runnable实现类的实例，并以此实例作为Thread的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。
- 调用线程对象的start方法来启动该线程。
Callable接口
- Callable接口，该接口怎么看都像是Runnable接口的增强版，Callable接口也提供了一个call()方法可以作为线程执行体，但call方法比run()方法功能更强大：
call()方法可以有返回值。
call()可以声明抛出异常
Future接口
- JDK1.5提供了Future接口来代表Callable接口里call()方法的返回值，并为Future接口提供了一个FutureTask实现类，该实现类实现了Future接口，并实现了Runnable接口——可以作为Thread类的target。
实现Callable创建多线程
- 定义Callable接口的实现类，并重写该接口的call方法，该call方法的方法体同样是该线程的线程执行体。
- 创建Callable实现类的实例，并将该实例包装成FutureTask，FutureTask实现了Runnable接口。
- 将FutureTask实例作为Thread的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。
- 调用线程对象的start方法来启动该线程。
两种线程方式的对比
- 采用实现Runnable接口方式的多线程：
线程类只是实现了Runnable接口，还可以可以继承其他类。
在这种方式下，可以多个线程共享同一个target对象，所以非常适合多个相同线程来处理同一份资源的情况，从而可以将CPU，代码和数据分开，形成清晰的模型，较好地体现了面向对象的思想。
劣势是：编程稍稍复杂，如果需要访问当前线程，必须使用Thread.currentThread()方法。 - 采用继承Thread类方式的多线程：
劣势是：因为线程类已经继承了Thread类，所以不能再继承其他父类。
优势是：编写简单，如果需要访问当前线程，无需使用Thread.currentThread()方法，直接使用this即可获得当前线程。
线程的生命周期
线程死亡
- run()方法执行完成，线程正常结束。
- 线程抛出一个未捕获的 Exception或Error。
- 直接调用该线程的stop()方法来结束该线程——该方法容易导致死锁，通常不推荐使用。
join线程
- Thread提供了让一个线程等待另一个线程完成的方法：join() 方法。当在某个程序执行流中调用其他线程的join()方法时，调用线程将被阻塞，直到被join方法加入的join线程完成为止。
- join()方法通常由使用线程的程序调用，以将大问题划分成许多小问题，每个小问题分配一个线程。当所有的小问题都得到处理后，再调用主线程来进一步操作。
后台线程
- 有一种线程，它是在后台运行的，它的任务是为其他的线程提供服务，这种线程被称为“后台线程（Daemon Thread）”，又称为“守护线程” 或“精灵线程”。JVM的垃圾回收线程就是典型的后台线程。
- 后台线程有个特征：如果所有的前台线程都死亡，后台线程会自动死亡。
- 调用Thread对象setDaemon(true)方法可将指定线程设置成后台线程。
线程睡眠
如果我们需要让当前正在执行的线程暂停一段时间，并进入阻塞状态，则可以通过调用Thread类的静态sleep方法，sleep方法有两种重载的形式：
- static void sleep(long millis)：让当前正在执行的线程暂停millis毫秒，并进入阻塞状态，该方法受到系统计时器和线程调度器的精度和准确度的影响。
- static void sleep(long millis, int nanos)：让当前正在执行的线程暂停millis毫秒加nanos毫微妙，并进入阻塞状态，该方法受到系统计时器和线程调度器的精度和准确度的影响。
- 线程让步
yield()方法是一个和sleep方法有点相似的方法，它也是一个Thread类提供的一个静态方法，它也可以让当前正在执行的线程暂停，但它不会阻塞该线程。yield只是让当前线程暂停一下，让系统的线程调度器重新调度一次，完全可能的情况是：当某个线程调用了yield方法暂停之后，线程调度器又将其调度出来重新执行。实际上，当某个线程调用了yield方法暂停之后，只有优先级与当前线程相同，或者优先级比当前线程更高的、就绪状态的线程才会获得执行的机会。
sleep方法和yield方法的区别
- sleep方法暂停当前线程后，会给其他线程执行机会，不会理会其他线程的优先级。但yield方法只会给优先级相同，或优先级更高的线程执行机会。
- sleep方法会将线程转入阻塞状态，直到经过阻塞时间才会转入就绪状态。而yield不会将线程转入阻塞状态，它只是强制当前线程进入就绪状态。因此完全有可能某个线程调用yield方法暂停之后，立即再次获得处理器资源被执行。
- sleep方法声明抛出了InterruptedException异常，所以调用sleep方法时要么捕捉该异常，要么显式声明抛出该异常。而yield方法则没有声明抛出任何异常。
- sleep方法比yield方法有更好的可移植性，通常不要依靠yield来控制并发线程的执行。
线程优先级
- 每个线程执行时都有具有一定的优先级，优先级高的线程获得较多的执行机会，而优先级低的线程则获得较少的执行机会。
- 每个线程默认的优先级都与创建它的父线程具有相同的优先级，默认情况下，main线程的具有普通优先级，由main线程创建的子线程也有普通优先级
- Thread提供了setPriority(int newPriority)和getPriority()方法来设置和返回指定线程的优先级，其中setPriority方法的参数可以是一个整数，范围是1～10之间，也可以使Thread类的三个静态常量：
MAX_PRIORITY：其值是10。
MIN_PRIORITY：其值是1。
NORM_PRIORITY：其值是5
- 线程安全问题
多条线程并发修改共享资源就容易引发线程安全问题。
同步代码块
- Java的多线程支持引入了同步监视器来解决这个问题，使用同步监视器的通用方法就是同步代码块。
- synchronized后括号里的obj就是同步监视器，上面代码的含义是：线程开始执行同步代码块之前，必须先获得对同步监视器的锁定。
选择同步监视器
- 选择监视器的目的：阻止两条线程对同一个共享资源进行并发访问。因此通常推荐使用可能被并发访问的共享资源充当同步监视器
同步方法
- Java的多线程安全支持还提供了同步方法，同步方法就是使用synchronized关键字来修饰某个方法，则该方法成为同步方法。对于同步方法而言，无需显式指定同步监视器，同步方法的同步监视器是this，也就是该对象本身。
线程安全的类
- 该类的对象可以被多个线程安全的访问。
- 每个线程调用该对象的任意方法之后都将得到正确结果。
- 每个线程调用该对象的任意方法之后，该对象状态依然保持合理状态。
线程安全的处理：
可变类的线程安全是以降低程序的运行效率作为代价的，为了减少线程安全所带来的负面影响，程序可以采用如下策略：
- 不要对线程安全类的所有方法都进行同步，只对那些会改变竞争资源（竞争资源也就是共享资源）的方法进行同步。
- 如果可变类有两种运行环境：单线程环境和多线程环境，则应该为该可变类提供两种版本：线程不安全版本和线程安全版本。在单线程环境中使用线程不安全版本以保证性能，在多线程环境中使用线程安全版本。
释放同步监视器：
线程会在如下几种情况下释放对同步监视器的锁定：
- 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束，当前线程即释放同步监视器。
- 当线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行，当前线程将会释放同步监视器。
- 当线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导致了该代码块、该方法异常结束时将会释放同步监视器。
- 当线程执行同步代码块或同步方法时，程序执行了同步监视器对象的wait()方法，则当前线程暂停，并释放同步监视器。
同步锁（Lock）
- Lock是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。通常，锁提供了对共享资源的独占访问，每次次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象。不过，某些锁可能允许对共享资源并发访问，如 ReadWriteLock（读写锁）。当然，在实现线程安全的控制中，通常喜欢使用ReentrantLock（可重入锁）。使用该Lock对象可以显式地加锁、释放锁。
- ReentrantLock锁具有可重入性，也就是说线程可以对它已经加锁的ReentrantLock锁再次加锁，ReentrantLock对象会维持一个计数器来追踪lock方法的嵌套调用，线程在每次调用lock()方法加锁后，必须显式调用unlock()方法来释放锁，所以一段被锁保护的代码可以调用另一个被相同锁保护的方法
死锁
当两个线程相互等待对方释放同步监视器时就会发生死锁，Java虚拟机没有监测、也没有采用措施来处理死锁情况，所以多线程编程时应该采取措施避免死锁的出现。一旦出现死锁，整个程序既不会发生任何异常，也不会给出任何提示，只是所有线程处于阻塞状态，无法继续。
线程的协调运行
以借助于Object类提供的wait()、notify()和notifyAll()三个方法，这三个方法并不属于Thread类，而是属于Object类。但这三个方法必须同步监视器对象调用。 关于这三个方法的解释如下：
- wait()：导致当前线程等待，直到其他线程调用该同步监视器的notify()方法或notifyAll()方法来唤醒该线程。该wait()方法有三种形式：无时间参数的wait（一直等待，直到其他线程通知），带毫秒参数的wait和带毫秒、微秒参数的wait（这两种方法都是等待指定时间后自动苏醒）。调用wait()方法的当前线程会释放对该同步监视器的锁定。
- notify()：唤醒在此同步监视器上等待的单个线程。如果所有线程都在此同步监视器上等待，则会选择唤醒其中一个线程。选择是任意性的。只有当前线程放弃对该同步监视器的锁定后（使用wait()方法），才可以执行被唤醒的线程。
- notifyAll()：唤醒在此同步监视器上等待的所有线程。只有当前线程放弃对该同步监视器的锁定后，才可以执行被唤醒的线程。
使用条件变量控制协调
- 当使用Lock对象来保证同步时，Java提供了一个Condition类来保持协调，使用Condition可以让那些已经得到Lock对象、却无法继续执行的线程释放Lock对象，Condtion对象也可以唤醒其他处于等待的线程
- Condition 将同步监视锁方法（wait、notify 和 notifyAll）分解成截然不同的对象，以便通过将这些对象与Lock对象组合使用，为每个对象提供多个等待集（wait-set）。在这种情况下，Lock 替代了同步方法或同步代码块，Condition替代了同步监视锁的功能。Condition实例实质上被绑定在一个Lock对象上。要获得特定Lock实例的Condition实例，调用Lock对象newCondition()方法即可。Condtion类提供了如下三个方法：
- await()：类似于隐式同步监视器上的wait()方法，导致当前线程等待，直到其他线程调用该Condtion的signal ()方法或signalAll ()方法来唤醒该线程。该await方法有更多变体：long awaitNanos(long nanosTimeout)、void awaitUninterruptibly()、awaitUntil(Date deadline)等，可以完成更丰富的等待操作。
- signal ()：唤醒在此Lock对象上等待的单个线程。如果所有线程都在该Lock对象上等待，则会选择唤醒其中一个线程。选择是任意性的。只有当前线程放弃对该Lock对象的锁定后（使用await()方法），才可以执行被唤醒的线程。
- signalAll()：唤醒在此Lock对象上等待的所有线程。只有当前线程放弃对该该Lock对象的锁定后，才可以执行被唤醒的线程。