目录
基础
并发编程基础
线程和进程
创建线程的4种方式
线程的状态和基本方法
基础并发编程基础
并发编程的优缺点
优点
充分利用多核CPU的计算能力：通过并发编程的形式可以将多核CPU的计算能力发挥到极致，性能得到提升
方便进行业务拆分，提升系统并发能力和性能：在特殊的业务场景下，先天的就适合于并发编程。现在的系统动不动就要求百万级甚至千万级的并发量，而多线程并发编程正是开发高并发系统的基础，利用好多线程机制可以大大提高系统整体的并发能力以及性能。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 。
缺点
并发编程的目的就是为了能提高程序的执行效率，提高程序运行速度，但是并发编程并不总是能提高程序运行速度的，而且并发编程可能会遇到很多问题，比如：内存泄漏、上下文切换、线程安全、死锁等问题。
并发编程三要素——重要
并发编程三要素（线程的安全性问题体现在）：
原子性：原子，即一个不可再被分割的颗粒。原子性指的是一个或多个操作要么全部执行成功要么全部执行失败。
可见性：一个线程对共享变量的修改,另一个线程能够立刻看到。（synchronized,volatile）
有序性：程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。（处理器可能会对指令进行重排序）
出现线程安全问题的原因：
- 线程切换带来的原子性问题
- 缓存导致的可见性问题
- 编译优化带来的有序性问题
解决办法：
- JDK Atomic开头的原子类、synchronized、LOCK，可以解决原子性问题
- synchronized、volatile、LOCK，可以解决可见性问题
- Happens-Before 规则可以解决有序性问题
并行、并行、串行
- 并发：多个任务在同一个 CPU 核上，按细分的时间片轮流(交替)执行，从逻辑上来看那些任务是同时执行。
- 并行：单位时间内，多个处理器或多核处理器同时处理多个任务，是真正意义上的“同时进行”。
- 串行：有n个任务，由一个线程按顺序执行。由于任务、方法都在一个线程执行所以不存在线程不安全情况，也就不存在临界区的问题
保证线程安全
互斥同步： synchronized 和 ReentrantLock，
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
非阻塞同步：
CAS：使用基于冲突检测的乐观并发策略: 先进行操作，如果没有其它线程争用共享数据，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。
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
无同步方案
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。
ThreadLocal
可重入代码(Reentrant Code)
i++线程不安全、非原子
期望值是2，最终得到1
每个线程都有自己的工作内存，每个线程需要对共享变量操作时必须先把共享变量从主内存 load 到自己的工作内存，等完成对共享变量的操作时再 save 到主内存。
如果一个线程运算完后还没刷到主内存，此时这个共享变量的值被另外一个线程从主内存读取到了，这个时候读取的数据就是脏数据了，它会覆盖其他线程计算完的值。
123过程保证原子性，34过程保证可见性，同时保证1234执行，也就是可见性和原子性同时保证
1、将 i 从主存读到工作内存中的副本
2、+1的运算
3、将结果写入工作内存
4、将工作内存的值刷回主存（刷入时间由操作系统决定，不确定）
- 对 i++ 操作的方法加同步锁，同时只能有一个线程执行 i++ 操作；
- 使用原子性操作的类， java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger，它使用的是 volatitle + CAS 算法，效率优于第 1 种；
线程和进程
线程、进程定义及区别——重要
进程
进程是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位，进程是动态的。系统运行一个程序即是一个进程从创建，运行到消亡的过程。
线程
进程中的一个执行任务（控制单元），负责当前进程中程序的执行。一个进程至少有一个线程，一个进程可以运行多个线程，多个线程可共享数据。
进程与线程的区别
线程具有许多传统进程所具有的特征，故又称为轻型进程(Light—Weight Process)或进程元；
而把传统的进程称为重型进程(Heavy—Weight Process)，它相当于只有一个线程的任务。在引入了线程的操作系统中，通常一个进程都有若干个线程，至少包含一个线程。
根本区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是处理器任务调度和执行的基本单位
资源开销：每个进程都有独立的代码和数据空间（程序上下文），程序之间的切换会有较大的开销；线程可以看做轻量级的进程，同一类线程共享代码和数据空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器（PC），线程之间切换的开销小。
包含关系：如果一个进程内有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线（线程）共同完成的；线程是进程的一部分，所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。
内存分配：同一进程的线程共享本进程的地址空间和资源，而进程之间的地址空间和资源是相互独立的
影响关系：一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。
执行过程：每个独立的进程有程序运行的入口、顺序执行序列和程序出口。但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制，两者均可并发执行
上下文切换
多线程编程中一般线程的个数都大于 CPU 核心的个数，而一个 CPU 核心在任意时刻只能被一个线程使用，为了让这些线程都能得到有效执行，CPU 采取的策略是为每个线程分配时间片并轮转的形式。当一个线程的时间片用完的时候就会重新处于就绪状态让给其他线程使用，这个过程就属于一次上下文切换。
概括来说就是：当前任务在执行完 CPU 时间片切换到另一个任务之前会先保存自己的状态，以便下次再切换回这个任务时，可以再加载这个任务的状态。任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换。
守护线程和用户线程
用户 (User) 线程：运行在前台，执行具体的任务，如程序的主线程、连接网络的子线程等都是用户线程
守护 (Daemon) 线程：运行在后台，为其他前台线程服务。也可以说守护线程是 JVM 中非守护线程的 “佣人”。一旦所有用户线程都结束运行，守护线程会随 JVM 一起结束工作
举列：main 函数所在的线程就是一个用户线程啊，main 函数启动的同时在 JVM 内部同时还启动了好多守护线程，比如垃圾回收线程。
比较明显的区别之一是用户线程结束，JVM 退出，不管这个时候有没有守护线程运行。而守护线程不会影响 JVM 的退出。
线程死锁
百度百科：死锁是指两个或两个以上的进程（线程）在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程（线程）称为死锁进程（线程）。
多个线程同时被阻塞，它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞，因此程序不可能正常终止。
线程 A 持有资源 2，线程 B 持有资源 1，他们同时都想申请对方的资源，所以这两个线程就会互相等待而进入死锁状态。
下面通过一个例子来说明线程死锁，代码模拟了上图的死锁的情况 (代码来源于《并发编程之美》)：
public class DeadLockDemo {
private static Object resource1 = new Object();//资源 1
private static Object resource2 = new Object();//资源 2
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
synchronized (resource1) {
System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
synchronized (resource2) {
System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
}
}
}, "线程 1").start();
new Thread(() -> {
synchronized (resource2) {
System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource1");
synchronized (resource1) {
System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
}
}
}, "线程 2").start();
}
}
线程 A 通过 synchronized (resource1) 获得 resource1 的监视器锁，然后通过Thread.sleep(1000)；让线程 A 休眠 1s 为的是让线程 B 得到CPU执行权，然后获取到 resource2 的监视器锁。线程 A 和线程 B 休眠结束了都开始企图请求获取对方的资源，然后这两个线程就会陷入互相等待的状态，这也就产生了死锁。上面的例子符合产生死锁的四个必要条件。
形成死锁的四个必要条件
-
互斥条件：线程(进程)对于所分配到的资源具有排它性，即一个资源只能被一个线程(进程)占用，直到被该线程(进程)释放
-
请求与保持条件：一个线程(进程)因请求被占用资源而发生阻塞时，对已获得的资源保持不放。
-
不剥夺条件：线程(进程)已获得的资源在末使用完之前不能被其他线程强行剥夺，只有自己使用完毕后才释放资源。
-
循环等待条件：当发生死锁时，所等待的线程(进程)必定会形成一个环路（类似于死循环），造成永久阻塞
避免线程死锁
我们只要破坏产生死锁的四个条件中的其中一个就可以了。
- 破坏互斥条件：这个条件我们没有办法破坏，因为我们用锁本来就是想让他们互斥的（临界资源需要互斥访问）。
- 破坏请求与保持条件：一次性申请所有的资源。
- 破坏不剥夺条件：占用部分资源的线程进一步申请其他资源时，如果申请不到，可以主动释放它占有的资源。
- 破坏循环等待条件：靠按序申请资源来预防。按某一顺序申请资源，释放资源则反序释放。破坏循环等待条件。
线程 2 的代码修改成下面这样就不会产生死锁
new Thread(() -> {
synchronized (resource1) {
System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
synchronized (resource2) {
System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
}
}
}, "线程 2").start();
创建线程的4种方式
创建线程有四种方式（重要）
- - 继承 Thread 类；
- - 实现 Runnable 接口；
- - 实现 Callable 接口；
- - 使用 Executors 工具类创建线程池
继承 Thread 类
步骤：
1. 定义一个Thread类的子类，重写run方法，将相关逻辑实现，run()方法就是线程要执行的业务逻辑方法
2. 创建自定义的线程子类对象
3. 调用子类实例的star()方法来启动线程
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run()方法正在执行...");
}
}
public class TheadTest {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();
myThread.start();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " main()方法执行结束");
}
实现 Runnable 接口
步骤：
定义Runnable接口实现类MyRunnable，并重写run()方法
创建MyRunnable实例myRunnable，以myRunnable作为target创建Thead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
public class MyRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run()方法执行中...");
}
}
public class RunnableTest {
public static void main(String[] args) {
MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(myRunnable);
thread.start();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " main()方法执行完成");
}
}
实现 Callable 接口
步骤：
创建实现Callable接口的类myCallable
以myCallable为参数创建FutureTask对象
将FutureTask作为参数创建Thread对象
调用线程对象的start()方法
public class MyCallable implements Callable{ @Override public Integer call() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " call()方法执行中..."); return 1; } } public class CallableTest { public static void main(String[] args) { FutureTask futureTask = new FutureTask (new MyCallable()); Thread thread = new Thread(futureTask); thread.start() try { Thread.sleep(1000); System.out.println("返回结果 " + futureTask.get()); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (ExecutionException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " main()方法执行完成"); }
使用 Executors 工具类创建线程池
Executors提供了一系列工厂方法用于创先线程池，返回的线程池都实现了ExecutorService接口。
主要有newFixedThreadPool，newCachedThreadPool，newSingleThreadExecutor，newScheduledThreadPool
runnable和callable 区别（重要）
相同点
- - 都是接口
- - 都可以编写多线程程序
- - 都采用Thread.start()启动线程
主要区别
- - Runnable 接口 run 方法无返回值；
- Callable 接口 call 方法有返回值，是个泛型，和Future、FutureTask配合可以用来获取异步执行的结果
- - Runnable 接口 run 方法只能抛出运行时异常，且无法捕获处理；
- Callable 接口 call 方法允许抛出异常，可以获取异常信息
注：Callalbe接口支持返回执行结果，需要调用FutureTask.get()得到，此方法会阻塞主进程的继续往下执行，如果不调用不会阻塞。
run和start方法区别
每个线程都是通过某个特定Thread对象所对应的方法run()来完成其操作的，run()方法称为线程体。通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程。
- start() 方法用于启动线程，run() 方法用于执行线程的运行时代码。run() 可以重复调用，而 start() 只能调用一次。
- start()方法来启动一个线程，真正实现了多线程运行。调用start()方法无需等待run方法体代码执行完毕，可以直接继续执行其他的代码； 此时线程是处于就绪状态，并没有运行。 然后通过此Thread类调用方法run()来完成其运行状态， run()方法运行结束， 此线程终止。然后CPU再调度其它线程。
- run()方法是在本线程里的，只是线程里的一个函数，而不是多线程的。 如果直接调用run()，其实就相当于是调用了一个普通函数而已，直接待用run()方法必须等待run()方法执行完毕才能执行下面的代码，所以执行路径还是只有一条，根本就没有线程的特征，所以在多线程执行时要使用start()方法而不是run()方法。
为什么不能直接调用 run方法
new 一个 Thread，线程进入了新建状态。调用 start() 法，会启动一个线程并使线程进入了就绪状态，当分配到时间片后就可以开始运行了。 start() 会执行线程的相应准备工作，然后自动执行 run() 方法的内容，这是真正的多线程工作。
而直接执行 run() 方法，会把 run 方法当成一个 main 线程下的普通方法去执行，并不会在某个线程中执行它，所以这并不是多线程工作。
总结： 调用 start 方法方可启动线程并使线程进入就绪状态，而 run 方法只是 thread 的一个普通方法调用，还是在主线程里执行。
Callable 和 Future
- Callable 接口类似于 Runnable，从名字就可以看出来了，但是 Runnable 不会返回结果，并且无法抛出返回结果的异常，而 Callable 功能更强大一些，被线程执行后，可以返回值，这个返回值可以被 Future 拿到，也就是说，Future 可以拿到异步执行任务的返回值。
- Future 接口表示异步任务，是一个可能还没有完成的异步任务的结果。所以说 Callable用于产生结果，Future 用于获取结果。
线程的状态和基本方法
线程五种基本状态
-
新建(new)：新创建了一个线程对象。
-
可运行(runnable)：线程对象创建后，当调用线程对象的 start()方法，该线程处于就绪状态，等待被线程调度选中，获取cpu的使用权。
-
运行(running)：可运行状态(runnable)的线程获得了cpu时间片（timeslice），执行程序代码。注：就绪状态是进入到运行状态的唯一入口，也就是说，线程要想进入运行状态执行，首先必须处于就绪状态中；
- 阻塞(block)：处于运行状态中的线程由于某种原因，暂时放弃对 CPU的使用权，停止执行，此时进入阻塞状态，直到其进入到就绪状态，才 有机会再次被 CPU 调用以进入到运行状态。
阻塞的情况分三种：
- 等待阻塞：运行状态中的线程执行 wait()方法，JVM会把该线程放入等待队列(waitting queue)中，使本线程进入到等待阻塞状态；
- 同步阻塞：线程在获取 synchronized 同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，，则JVM会把该线程放入锁池(lock pool)中，线程会进入同步阻塞状态；
- 其他阻塞: 通过调用线程的 sleep()或 join()或发出了 I/O 请求时，线程会进入到阻塞状态。当 sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者 I/O 处理完毕时，线程重新转入就绪状态。
-
死亡(dead)：线程run()、main()方法执行结束，或者因异常退出了run()方法，则该线程结束生命周期。死亡的线程不可再次复生。
线程调度算法
计算机通常只有一个 CPU，在任意时刻只能执行一条机器指令，每个线程只有获得CPU 的使用权才能执行指令。
所谓多线程的并发运行，其实是指从宏观上看，各个线程轮流获得 CPU 的使用权，分别执行各自的任务。在运行池中，会有多个处于就绪状态的线程在等待 CPU，JAVA 虚拟机的一项任务就是负责线程的调度，线程调度是指按照特定机制为多个线程分配 CPU 的使用权。
- 分时调度模型：是指让所有的线程轮流获得 cpu 的使用权，并且平均分配每个线程占用的 CPU 的时间片这个也比较好理解。
- Java虚拟机采用抢占式调度模型：是指优先让可运行池中优先级高的线程占用CPU，如果可运行池中的线程优先级相同，那么就随机选择一个线程，使其占用CPU。处于运行状态的线程会一直运行，直至它不得不放弃 CPU。
线程同步的方法
- wait()：使一个线程处于等待（阻塞）状态，并且释放所持有的对象的锁；
- sleep()：使一个正在运行的线程处于睡眠状态，是一个静态方法，调用此方法要处理 InterruptedException 异常；
- notify()：唤醒一个处于等待状态的线程，当然在调用此方法的时候，并不能确切的唤醒某一个等待状态的线程，而是由 JVM 确定唤醒哪个线程，而且与优先级无关；
- notifyAll()：唤醒所有处于等待状态的线程，该方法并不是将对象的锁给所有线程，而是让它们竞争，只有获得锁的线程才能进入就绪状态；
sleep和 wait区别
两者都可以暂停线程的执行
-
类的不同：sleep() 是 Thread线程类的静态方法，wait() 是 Object类的方法。
-
是否释放锁：sleep() 不释放锁；wait() 释放锁。
-
用途不同：Wait 通常被用于线程间交互/通信，sleep 通常被用于暂停执行。
-
用法不同：wait() 方法被调用后，线程不会自动苏醒，需要别的线程调用同一个对象上的 notify() 或者 notifyAll() 方法。sleep() 方法执行完成后，线程会自动苏醒。或者可以使用wait(long timeout)超时后线程会自动苏醒。
execute()和submit()区别
- execute() 方法用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断任务是否被线程池执行成功与否；
- submit()方法用于提交需要返回值的任务。线程池会返回一个future类型的对象，通过这个future对象可以判断任务是否执行成功，并且可以通过future的get()方法来获取返回值，get()方法会阻塞当前线程直到任务完成，而使用 get（long timeout，TimeUnit unit） 方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回，这时候有可能任务没有执行完。
sleep方法和 yield方法区别
- sleep()方法给其他线程运行机会时不考虑线程的优先级，因此会给低优先级的线程以运行的机会；yield()方法只会给相同优先级或更高优先级的线程以运行的机会；
- 线程执行 sleep()方法后转入阻塞（blocked）状态，而执行 yield()方法后转入就绪（ready）状态；
- sleep()方法声明抛出 InterruptedException，而 yield()方法没有声明任何异常；
- sleep()方法比 yield()方法（跟操作系统 CPU 调度相关）具有更好的可移植性，通常不建议使用yield()方法来控制并发线程的执行。
notify() 和 notifyAll() 区别
- 如果线程调用了对象的 wait()方法，那么线程便会处于该对象的等待池中，等待池中的线程不会去竞争该对象的锁。
- notifyAll() 会唤醒所有的线程，notify() 只会唤醒一个线程，不能保证哪个线程被唤醒，取决于线程调度器。
- notifyAll() 调用后，会将全部线程由等待池移到锁池，然后参与锁的竞争，竞争成功则继续执行，如果不成功则留在锁池等待锁被释放后再次参与竞争。而 notify()只会唤醒一个线程，具体唤醒哪一个线程由虚拟机控制。
线程优先级
每一个线程都是有优先级的，一般来说，高优先级的线程在运行时会具有优先权，但这依赖于线程调度的实现，这个实现是和操作系统相关的(OS dependent)。我们可以定义线程的优先级，但是这并不能保证高优先级的线程会在低优先级的线程前执行。线程优先级是一个 int 变量(从 1-10)，1 代表最低优先级，10 代表最高优先级。main是5
- 通过getPriority()方法去得到它的默认值
- 通过setPriority()方法去改变它的默认值
持续更新。。。
