1.为什么会用到并发
充分利用多核CPU的计算能力
方便进行业务拆分，提升应用性能
面对复杂业务模型，并行程序会比串行程序更适应业务需求，而并发编程更能吻合这种业务拆分
2.并发编程缺点
频繁上下文切换
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无锁并发编程：可以参照concurrentHashMap锁分段的思想，不同的线程处理不同段的数据，这样在多线程竞争的条件下，可以减少上下文切换的时间。
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CAS算法，利用Atomic下使用CAS算法来更新数据，使用了乐观锁，可以有效的减少一部分不必要的锁竞争带来的上下文切换
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使用最少线程：避免创建不需要的线程，比如任务很少，但是创建了很多的线程，这样会造成大量的线程都处于等待状态
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协程：在单线程里实现多任务的调度，并在单线程里维持多个任务间的切换
那么，通常可以用如下方式避免死锁的情况：
- 避免一个线程同时获得多个锁；
- 避免一个线程在锁内部占有多个资源，尽量保证每个锁只占用一个资源；
- 尝试使用定时锁，使用lock.tryLock(timeOut)，当超时等待时当前线程不会阻塞；
- 对于数据库锁，加锁和解锁必须在一个数据库连接里，否则会出现解锁失败的情况。
3.需要了解的概念
3.1 同步与异步
同步和异步通常用来形容一次方法调用。同步方法调用一开始，调用者必须等待被调用的方法结束后，调用者后面的代码才能执行。而异步调用，指的是，调用者不用管被调用方法是否完成，都会继续执行后面的代码，当被调用的方法完成后会通知调用者。
3.2 并发与并行
并发和并行是十分容易混淆的概念。并发指的是多个任务交替进行，而并行则是指真正意义上的“同时进行”。实际上，如果系统内只有一个CPU，而使用多线程时，那么真实系统环境下不能并行，只能通过切换时间片的方式交替进行，而成为并发执行任务。真正的并行也只能出现在拥有多个CPU的系统中。
3.3 阻塞和非阻塞
阻塞和非阻塞通常用来形容多线程间的相互影响，比如一个线程占有了临界区资源，那么其他线程需要这个资源就必须进行等待该资源的释放，会导致等待的线程挂起，这种情况就是阻塞，而非阻塞就恰好相反，它强调没有一个线程可以阻塞其他线程，所有的线程都会尝试地往前运行。
3.4 临界区
临界区用来表示一种公共资源或者说是共享数据，可以被多个线程使用。但是每个线程使用时，一旦临界区资源被一个线程占有，那么其他线程必须等待。
4.新建线程
一个java程序从main()方法开始执行，然后按照既定的代码逻辑执行，看似没有其他线程参与，但实际上java程序天生就是一个多线程程序，包含了：（1）分发处理发送给给JVM信号的线程；（2）调用对象的finalize方法的线程；（3）清除Reference的线程；（4）main线程，用户程序的入口。那么，如何在用户程序中新建一个线程了，只要有三种方式：
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通过继承Thread类，重写run方法；
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通过实现runable接口；
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通过实现callable接口这三种方式，下面看具体demo。
public class CreateThread { public static void main(String[] args) { //继承Thread Thread thread = new Thread(){ @Override public void run() { System.out.println("继承Thread"); super.run(); } }; thread.start(); //实现Runnable接口 Thread thread1 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("实现Runnable接口"); } }); thread1.start(); //通过callable接口实现 ExecutorService service = Executors.newSingleThreadExecutor(); Future<String> future = service.submit(new Callable<String>() { @Override public String call() throws Exception { return "通过callable接口实现"; } }); try { String result = future.get(); System.out.println(result); }catch (InterruptedException e){ e.printStackTrace(); }catch (ExecutionException e){ e.printStackTrace(); } } }
5. 线程的状态
此图来源于《JAVA并发编程的艺术》一书中，线程是会在不同的状态间进行转换的，java线程线程转换图如上图所示。线程创建之后调用start()方法开始运行，当调用wait(),join(),LockSupport.lock()方法线程会进入到WAITING状态，而同样的wait(long timeout)，sleep(long),join(long),LockSupport.parkNanos(),LockSupport.parkUtil()增加了超时等待的功能，也就是调用这些方法后线程会进入TIMED_WAITING状态，当超时等待时间到达后，线程会切换到Runable的状态，另外当WAITING和TIMED _WAITING状态时可以通过Object.notify(),Object.notifyAll()方法使线程转换到Runable状态。当线程出现资源竞争时，即等待获取锁的时候，线程会进入到BLOCKED阻塞状态，当线程获取锁时，线程进入到Runable状态。线程运行结束后，线程进入到TERMINATED状态，状态转换可以说是线程的生命周期。另外需要注意的是：
- 当线程进入到synchronized方法或者synchronized代码块时，线程切换到的是BLOCKED状态，而使用java.util.concurrent.locks下lock进行加锁的时候线程切换的是WAITING或者TIMED_WAITING状态，因为lock会调用LockSupport的方法。
用一个表格将上面六种状态进行一个总结归纳。
6.线程状态的基本操作
6.1 interrupted
isInterrupted（）来感知其他线程对其自身的中断操作，从而做出响应。另外，同样可以调用Thread的静态方法
interrupted（）对当前线程进行中断操作，该方法会清除中断标志位。 需要注意的是，当抛出InterruptedException时候，会清除中断标志位，也就是说在调用isInterrupted会返回false。
6.2 join
join方法可以看做是线程间协作的一种方式，很多时候，一个线程的输入可能非常依赖于另一个线程的输出.如果一个线程实例A执行了threadB.join(),其含义是：当前线程A会等待threadB线程终止后threadA才会继续执行。关于join方法一共提供如下这些方法:
public final synchronized void join(long millis) public final synchronized void join(long millis, int nanos) public final void join() throws InterruptedException
public class TestJoin { public static void main(String[] args) { Thread previousThread = Thread.currentThread(); for (int i = 0; i <= 10; i++) { Thread curThread = new JoinThread(previousThread, i); curThread.start(); previousThread = curThread; } } static class JoinThread extends Thread { private Thread thread; private int i; public JoinThread(Thread thread, int i) { this.thread = thread; this.i = i; } @Override public void run() { try { thread.join(); System.out.println(thread.getName() + " terminated" + ">>>" + "i=" + i); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } 输出结果： main terminated>>>i=0 Thread-0 terminated>>>i=1 Thread-1 terminated>>>i=2 Thread-2 terminated>>>i=3 Thread-3 terminated>>>i=4 Thread-4 terminated>>>i=5 Thread-5 terminated>>>i=6 Thread-6 terminated>>>i=7 Thread-7 terminated>>>i=8 Thread-8 terminated>>>i=9 Thread-9 terminated>>>i=10
在上面的例子中一个创建了10个线程，每个线程都会等待前一个线程结束才会继续运行。可以通俗的理解成接力，前一个线程将接力棒传给下一个线程，然后又传给下一个线程......
6.3 sleep
两者主要的区别：
- sleep()方法是Thread的静态方法，而wait是Object实例方法
- wait()方法必须要在同步方法或者同步块中调用，也就是必须已经获得对象锁。而sleep()方法没有这个限制可以在任何地方种使用。另外，wait()方法会释放占有的对象锁，使得该线程进入等待池中，等待下一次获取资源。而sleep()方法只是会让出CPU并不会释放掉对象锁；
- sleep()方法在休眠时间达到后如果再次获得CPU时间片就会继续执行，而wait()方法必须等待Object.notift/Object.notifyAll通知后，才会离开等待池，并且再次获得CPU时间片才会继续执行。
6.5 守护线程Daemon
at java.lang.Thread.setDaemon(Thread.java:1365)
at learn.DaemonDemo.main(DaemonDemo.java:19)
如图为JMM抽象示意图，线程A和线程B之间要完成通信的话，要经历如下两步：
- 线程A从主内存中将共享变量读入线程A的工作内存后并进行操作，之后将数据重新写回到主内存中；
- 线程B从主存中读取最新的共享变量
从横向去看看，线程A和线程B就好像通过共享变量在进行隐式通信。这其中有很有意思的问题，如果线程A更新后数据并没有及时写回到主存，而此时线程B读到的是过期的数据，这就出现了“脏读”现象。可以通过同步机制（控制不同线程间操作发生的相对顺序）来解决或者通过volatile关键字使得每次volatile变量都能够强制刷新到主存，从而对每个线程都是可见的。
- 编译器优化的重排序。编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序；
- 指令级并行的重排序。现代处理器采用了指令级并行技术来将多条指令重叠执行。如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序；
- 内存系统的重排序。由于处理器使用缓存和读/写缓冲区，这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行的。
10.1 .happens-before定义
happens-before的概念最初由Leslie Lamport在其一篇影响深远的论文（《Time，Clocks and the Ordering of Events in a Distributed System》）中提出，有兴趣的可以google一下。JSR-133使用happens-before的概念来指定两个操作之间的执行顺序。由于这两个操作可以在一个线程之内，也可以是在不同线程之间。因此，JMM可以通过happens-before关系向程序员提供跨线程的内存可见性保证（如果A线程的写操作a与B线程的读操作b之间存在happens-before关系，尽管a操作和b操作在不同的线程中执行，但JMM向程序员保证a操作将对b操作可见）。具体的定义为：
1）如果一个操作happens-before另一个操作，那么第一个操作的执行结果将对第二个操作可见，而且第一个操作的执行顺序排在第二个操作之前。
2）两个操作之间存在happens-before关系，并不意味着Java平台的具体实现必须要按照happens-before关系指定的顺序来执行。如果重排序之后的执行结果，与按happens-before关系来执行的结果一致，那么这种重排序并不非法（也就是说，JMM允许这种重排序）。
上面的1）是JMM对程序员的承诺。从程序员的角度来说，可以这样理解happens-before关系：如果A happens-before B，那么Java内存模型将向程序员保证——A操作的结果将对B可见，且A的执行顺序排在B之前。注意，这只是Java内存模型向程序员做出的保证！
上面的2）是JMM对编译器和处理器重排序的约束原则。正如前面所言，JMM其实是在遵循一个基本原则：只要不改变程序的执行结果（指的是单线程程序和正确同步的多线程程序），编译器和处理器怎么优化都行。JMM这么做的原因是：程序员对于这两个操作是否真的被重排序并不关心，程序员关心的是程序执行时的语义不能被改变（即执行结果不能被改变）。因此，happens-before关系本质上和as-if-serial语义是一回事。as-if-serial语义的意思是：不管怎么重排序（编译器和处理器为了提供并行度），（单线程）程序的执行结果不能被改变。编译器，runtime和处理器都必须遵守as-if-serial语义。as-if-serial语义把单线程程序保护了起来，遵守as-if-serial语义的编译器，runtime和处理器共同为编写单线程程序的程序员创建了一个幻觉：单线程程序是按程序的顺序来执行的。
as-if-serial VS happens-before
- as-if-serial语义保证单线程内程序的执行结果不被改变，happens-before关系保证正确同步的多线程程序的执行结果不被改变。
- as-if-serial语义给编写单线程程序的程序员创造了一个幻境：单线程程序是按程序的顺序来执行的。happens-before关系给编写正确同步的多线程程序的程序员创造了一个幻境：正确同步的多线程程序是按happens-before指定的顺序来执行的。
- as-if-serial语义和happens-before这么做的目的，都是为了在不改变程序执行结果的前提下，尽可能地提高程序执行的并行度。
10.2 具体规则
具体的一共有六项规则：
- 程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happens-before于该线程中的任意后续操作。
- 监视器锁规则：对一个锁的解锁，happens-before于随后对这个锁的加锁。
- volatile变量规则：对一个volatile域的写，happens-before于任意后续对这个volatile域的读。
- 传递性：如果A happens-before B，且B happens-before C，那么A happens-before C。
- start()规则：如果线程A执行操作ThreadB.start()（启动线程B），那么A线程的ThreadB.start()操作happens-before于线程B中的任意操作。
- join()规则：如果线程A执行操作ThreadB.join()并成功返回，那么线程B中的任意操作happens-before于线程A从ThreadB.join()操作成功返回。
- 程序中断规则：对线程interrupted()方法的调用先行于被中断线程的代码检测到中断时间的发生。
- 对象finalize规则：一个对象的初始化完成（构造函数执行结束）先行于发生它的finalize()方法的开始。
11. 总结
JMM是语言级的内存模型，在我的理解中JMM处于中间层，包含了两个方面：（1）内存模型；（2）重排序以及happens-before规则。同时，为了禁止特定类型的重排序会对编译器和处理器指令序列加以控制。而上层会有基于JMM的关键字和J.U.C包下的一些具体类用来方便程序员能够迅速高效率的进行并发编程。站在JMM设计者的角度，在设计JMM时需要考虑两个关键因素:
- 程序员对内存模型的使用
程序员希望内存模型易于理解、易于编程。程序员希望基于一个强内存模型来编写代码。 - 编译器和处理器对内存模型的实现
编译器和处理器希望内存模型对它们的束缚越少越好，这样它们就可以做尽可能多的优化来提高性能。编译器和处理器希望实现一个弱内存模型。
另外还要一个特别有意思的事情就是关于重排序问题，更简单的说，重排序可以分为两类：
- 会改变程序执行结果的重排序。
- 不会改变程序执行结果的重排序。
JMM对这两种不同性质的重排序，采取了不同的策略，如下。
- 对于会改变程序执行结果的重排序，JMM要求编译器和处理器必须禁止这种重排序。
- 对于不会改变程序执行结果的重排序，JMM对编译器和处理器不做要求（JMM允许这种
重排序）
JMM的设计图为：
从图可以看出：
- JMM向程序员提供的happens-before规则能满足程序员的需求。JMM的happens-before规则不但简单易懂，而且也向程序员提供了足够强的内存可见性保证（有些内存可见性保证其实并不一定真实存在，比如上面的A happens-before B）。
- JMM对编译器和处理器的束缚已经尽可能少。从上面的分析可以看出，JMM其实是在遵循一个基本原则：只要不改变程序的执行结果（指的是单线程程序和正确同步的多线程程序），编译器和处理器怎么优化都行。例如，如果编译器经过细致的分析后，认定一个锁只会被单个线程访问，那么这个锁可以被消除。再如，如果编译器经过细致的分析后，认定一个volatile变量只会被单个线程访问，那么编译器可以把这个volatile变量当作一个普通变量来对待。这些优化既不会改变程序的执行结果，又能提高程序的执行效率。
一个happens-before规则对应于一个或多个编译器和处理器重排序规则。对于Java程序员来说，happens-before规则简单易懂，它避免Java程序员为了理解JMM提供的内存可见性保证而去学习复杂的重排序规则以及这些规则的具体实现方法
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