一、概述
随着现在硬件资源的提升，不希望处理器大部分时间都是处于等待其他资源的状态，可以让计算机同时处理几项任务。对于java语言中也是一样，需要做一些并发应用来满足市场的需求，所以连接并发的内幕是一个高级程序员不可缺少的课程。
二、硬件的效率与一致性
其实硬件由于处理器和内存之间读取的速度差距很大，严重影响了处理器的工作效率，为了解决这个问题，我们又在他们中间增加了好几层的高速缓存，但是这样在处理多个任务的时候，怎样保证缓存一致性也是一个大大的问题，为了解决这个问题，需要各个处理器访问缓存的时候遵循一些协议，读写时候根据协议来进行操作。对于java虚拟机来说基本上是一个道理，当然除了增加高速缓存之外，为了使得处理器内部的运算单元能尽量被充分利用，处理器可能会对输入的代码进行乱序执行优化，将乱序执行的结果重组，保证结果一致性，但是并不保证代码执行顺序的一致性，这个就跟java虚拟机中的即时编译器中的指令重排序优化差不多。
三、java内存模型
主要是为了实现java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果
1.主内存与工作内存
主内存指的是存储所有共享变量的位置，工作内存是每条线程自己的需要用到的内存，存放自己需要用到的私有变量，这些变量都是从主内存中拷贝过来的，也就是说每个线程都是与主内存的交互，相互之间是不存在交互的
2.内存间交互操作
主内存与工作内存之间的交互都是保证原子性的（long和double类型的load、store、read、write操作例外），基本操作有以下几种
- lock（锁定）：作用主内存，把一个变量标识为一条线程的独占
- unlock（解锁）：作用主内存，把处于锁状态的变量释放出来
- read（读取）：作用主内存，把变量的值从主内存传输到线程工作内存
- load（载入）:作用工作内存，把从主内存获得变量放入到工作内存中
- use（使用）：作用工作内存，把工作内存中的一个变量的值传递到执行引擎
- assign（赋值）：作用工作内存，把从工作引擎获得值赋值给工作内存的变量
- store（存储）：作用工作内存，把工作内存中的一个变量传输到主内存
- write（写入）：作用主内存，把工作内存中接收到的变量的值放入主内存的变量中
其中read、load和store、write的操作顺序必须固定，但是中间可以插入其他的操作，此外这些操作还必须符合下面的规则
- read和load、store和write操作必须成对出现
- 不允许一个线程丢弃他最近的assign操作
- 不允许线程在无assign操作时发生store和write操作
- 一个变量同一时刻只能被一条线程lock，但是可以重复多次的lock
- 当一个变量被lock操作，会清空工作内存中这个变量的值，执行引擎使用前需要重新执行load和assign操作初始化变量的值
- 不能unlock一个没有被lock的变量，也不能是被其他线程锁定的变量
- 对一个变量unlock之前，必须先把此变量同步回主内存中
3.对于volatile型变量的特殊规则
volatile关键字可以说是java虚拟机中提供的最轻量级的同步机制，其实在现实的开发过程中还是建议使用synchronize关键字来保证线程的安全性，那么volatile存在意义只能说明volatile的开销更小，使代码的运行效率更高，其实volatile关键字并不能完全保证代码的安全性，主要是因为不能保证原子性，但是能够保证可见性，还能够防止指令重排序带来的安全问题，所以在运用这个关键字的时候需要考虑以下的场景
- 运算结果并不依赖变量的当前值，或者能够确保只有单一的线程修改变量
- 变量不需要与其他的状态变量共同参与不变约束
4.对于long和double型变量的特殊规则
对于long和double类型的load、store、read、write操作，可以不要求原子性，叫做非原子性协定，但是现在的商用虚拟机基本上都是会保证原子性操作的，所以出现问题的几率非常非常小。
5.原子性、可见性、有序性
- 原子性：可以认为基本数据类型的访问读写是原子性的（long和double除外），还有就是在synchronize块之间的操作也是具备原子性的
- 可见性：当一个线程修改了共享变量的值，其他线程能够立即得知这个修改，volatile、synchronize和final关键字都是能够保证可见性的
- 有序性：如果本线程内观察，所有操作都是有序的，如果在一个线程中观察另外一个线程，所有操作都是无序的，volatile和synchronize能够保证有序性
6.先行发生原则
先行发生原则指的是两个操作之间的偏序关系，如果符合下面的规则，就会先行发生关系，无需任何同步器协助
- 程序次序规则：在一个线程内，书写在前面的操作优先发生于后面的操作
- 管程锁定规则：一个unlock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作
- volatile变量规则：对一个volatile变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作
- 线程启动规则：Thread对象的start（）方法先行发生于此线程的每一个动作
- 线程终止规则：线程中的所有操作都先行发生于对此线程的终止检测
- 线程中断规则：对线程interrupt（）方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生
- 对象终结规则：一个对象的初始化完成先行于他的finalize（）方法的开始
- 传递性：如果A先行发生于B，B先行发生于C，那么A先行发生于C
四、Java与线程
1.线程的实现
- 使用内核线程实现：由内核来完成线程切换，内核通过操纵调度器对线程进行调度，并负责将线程的任务映射到各个处理器上，每个内核线程可以视为内核的一个分身，这样操作系统就有能力同时处理多件事情，支持多线程的内核就叫做多线程内核。缺点是内核资源有限。
- 使用用户线程实现：优势是不需要系统内核的支援，但是所有的线程操作都是用户自己处理，而且一旦出现问题很难解决，现在这种实现方式基本已经放弃。
- 使用用户线程加轻量级进程混合实现：完美结合，效果好
- java线程的实现：通过参数设置指定使用哪种线程模型
2.java线程调度
线程调度是指系统为线程分配处理器使用权的过程，方式有协同式线程调度和抢占式线程调度。前者实现简单，但是容易进程阻塞或者其他问题出现，后者解决进程阻塞问题，目前java就是使用抢占式线程调度。后来增加了线程优先级的支持，java中是10个级别，但是这种支持不一定就能准确实现，主要是java线程是通过映射到系统的原生线程上来实现的，所以线程调度最终还是取决于操作系统。
3.状态转换
java语言定义了线程的5中状态，任意一个点只能有一种状态
- 新建：创建尚未启动的线程
- 运行：包括Running和Ready，可能正在执行或者是等待CPU分配执行时间
- 无限期等待：不会被CPU分配执行时间，需要等待其他线程显式唤醒
- 限期等待：不会被CPU分配执行时间，无需要等待其他线程显式唤醒，一定时间后会由系统自动唤醒，如sleep（）方法
- 阻塞：等待着获取到一个排它锁
- 结束：已终止的线程状态