Java并发

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1. 常见概念

1.1 用户态和内核态

用户线程：由用户空间程序管理和调度的线程，运行在用户空间（专门给应用程序使用）；创建、切换成本低，但不能利用多核
内核线程：由操作系统内核管理和调度的线程，运行在内核空间（只有内核程序可以访问）；创建、切换成本高，可以利用多核

常见的线程模型：

一对一（一个用户线程对应一个内核线程）
多对一（多个用户线程映射到一个内核线程）
多对多（多个用户线程映射到多个内核线程）

Java大多数采用的一对一，但Solaris系统中也支持多对多

JDK1.2之前，Java线程基于绿色线程（Green Threads）自己模拟了多线程的运行，是一种用户级线程，不依赖操作系统。同时，也因此不能使用OS提供的异步IO功能、无法利用多核。

1.2 Java创建线程

一般来说，创建线程有很多种方式，例如继承Thread类、实现Runnable接口、实现Callable接口、使用线程池、使用CompletableFuture类等等。严格来说，Java 就只有一种方式可以创建线程，那就是通过new Thread().start()创建。不管是哪种方式，最终还是依赖于new Thread().start()

1.3 线程生命周期

2. 锁和同步

2.1 乐观锁和悲观锁

悲观锁
- 共享内存每次访问都会出现问题（如被修改), 每次只给一个线程使用，其它线程阻塞
- 实现: synchronized、ReentrantLock
- 使用: 写多读少
- 缺点: 线程获取锁的顺序不当时，容易死锁；高并发下，大量阻塞线程导致上下文切换过多，增加系统开销
乐观锁
- 共享内存每次访问不会出现问题, 提交修改的时候需要验证是否已被修改
- 实现:
  - 比较与交换(Compare And Swap, CAS): 用一个预期值和要更新的变量值进行比较，两值相等才会进行更新, AtomicInteger、LongAdder
  - 版本号: 数据表中添加version字段，修改时version++；当修改提交时，当前version与读取时相同才会修改，否则会重试
- 使用: 写少读多的单个共享变量
- 缺点: 不存在线程阻塞问题，但如果修改冲突频繁发生，会导致频繁重试(自旋)

2.2 volatile

2.2.1 可见性

volatile指示JVM，当前变量是共享且不稳定的，每次都需要到主存中读取, volatile保证了可见性，但不具备原子性。volatile通知JVM当前变量是不稳定的，每次使用的时候都需要去主存重新读取。

2.2.2 禁止指令重排

变量被声明为volatile之后，会通过插入特定的内存屏障的方式来禁止指令重排序。例如在DoubleCheck的单例模式时，对单例对象添加了volatile

public class Singleton {
    public volatile static Singleton s = null;
    
    private Singleton(){}
    
    public static Singleton getInstace(){
        if(s == null){
            synchronized (Singleton.class) {
                if(s == null) {
                    s = new Singleton();
                }
            }
        }
        return s;
    }
}

此处的s = new Singleton()分为三步：

为 s 分配内存空间
初始化 s
将 s 指向分配的内存地址

此时如果2和3发生重排，那么就导致在多线程环境下拿到了s，但s并没有进行初始化

2.1 Synchronized

Synchronized保证了可见性、原子性和有序性，但并不保证指令重排。可以修饰实例方法、静态方法和代码块

修饰实例方法：给对象实例加锁

synchronized void method() {
}

修饰静态方法：给对象的类加锁

synchronized static void method() {
}

修饰代码块：给括号内的**对象（Object）、类（class）**加锁

synchronized(this) {
}