什么是并發(fā)
并發(fā)灿椅，實(shí)際上是多個(gè)程序之間或者同一個(gè)程序內(nèi)不同部分之間能夠并行執(zhí)行的一種能力套蒂。
它極大的提升了CPU的吞吐量，特別是對(duì)于多核CPU尤為明顯茫蛹。（隨著并發(fā)量的增加會(huì)達(dá)到性能上限操刀，并發(fā)量過(guò)大，致使運(yùn)行上下文切換過(guò)于頻繁麻惶，甚至有可能會(huì)降低性能）
同時(shí)馍刮，也提升了程序的交互性，比如在App開發(fā)過(guò)程中窃蹋，同一個(gè)頁(yè)面需要若干線程同時(shí)執(zhí)行卡啰，繪制UI線程静稻，后臺(tái)線程等等，分工提供高質(zhì)量的用戶交互需求匈辱。
進(jìn)程并發(fā)和線程并發(fā)
多個(gè)程序之間的并行振湾，表現(xiàn)為進(jìn)程的并行，這一點(diǎn)很普遍亡脸，也不會(huì)存在什么問(wèn)題押搪。并行的進(jìn)程之間，一般不會(huì)相互影響浅碾，它們是相互獨(dú)立的大州，相互不可見，進(jìn)程的資源比如內(nèi)存和CPU時(shí)間被操作系統(tǒng)管理垂谢。在應(yīng)用層的表現(xiàn)厦画，在電腦上，你可以在聽音樂的同時(shí)打字滥朱。
線程也被稱為是輕量級(jí)的進(jìn)程根暑。同一個(gè)進(jìn)程可以擁有多個(gè)線程，每個(gè)線程有自己的本地內(nèi)存（調(diào)用棧和緩沖內(nèi)存等）徙邻。它的控制排嫌，是由進(jìn)程管理的，并且缰犁，重要的是多個(gè)線程之間可以共享進(jìn)程中的變量以達(dá)到通信的目的淳地。
線程并發(fā)中的問(wèn)題
根據(jù)JVM的內(nèi)存模型，一個(gè)線程訪問(wèn)主內(nèi)存中的共享變量的步驟是：
- 總是先將該內(nèi)存變量的內(nèi)容副本拷貝進(jìn)自己的本地內(nèi)存中民鼓；
- 對(duì)于基礎(chǔ)類型的變量薇芝，在更改了副本中之后，會(huì)將更改后的值同步刷新到主內(nèi)存丰嘉；引用類型則不存在這種同步操作夯到。
同時(shí)，我們知道： - 對(duì)一個(gè)變量的基本操作饮亏，哪怕是簡(jiǎn)單的變量自增操作耍贾，雖然代碼上只有一行，但其實(shí)CPU是分幾步完成的：得到變量副本路幸，加一荐开，生成臨時(shí)變量接收結(jié)果，然后將結(jié)果寫會(huì)到主內(nèi)存刷新變量值简肴。##Java中原子操作包括：除了long和double之外的賦值操作（long和double是64位的晃听，在32位機(jī)器上將分兩次進(jìn)行操作）；對(duì)于引用的賦值操作##）##
- JVM在不影響最終執(zhí)行結(jié)果的情況下，會(huì)進(jìn)行優(yōu)化能扒，完成指令重排佣渴，這對(duì)同一個(gè)線程不會(huì)產(chǎn)生什么影響，但是在不同的線程之間就不同了初斑。
因此辛润，最終會(huì)產(chǎn)生的問(wèn)題是： - 如何在高層級(jí)上保證操作的原子性，對(duì)于加一操作而言见秤，最終目的就是保證這句代碼已經(jīng)完成之后砂竖，再允許其他線程訪問(wèn)該變量，否則可能導(dǎo)致的結(jié)果是加一操作并沒有完成鹃答，其他線程讀取到了未進(jìn)行該操作之前的值乎澄；
- 當(dāng)一個(gè)線程更改了變量（基礎(chǔ)類型變量）的值后，如何保證立刻對(duì)其他線程是可見性挣跋，即當(dāng)其他線程再訪問(wèn)該變量的時(shí)候三圆，獲取到的是最新的該變量的副本狞换；
- 如何消除由于指令重排引發(fā)的多線程問(wèn)題避咆？
總結(jié)起來(lái)，其實(shí)就是三個(gè)方面：變量操作的原子性修噪、可見性（對(duì)其它線程）查库、順序執(zhí)行。
Java中的同步
每個(gè)Java程序默認(rèn)運(yùn)行在它自己進(jìn)程的線程中黄琼，Java同時(shí)支持多個(gè)線程并發(fā)執(zhí)行樊销，這一點(diǎn)是通過(guò)Thread對(duì)象實(shí)現(xiàn)的。Java應(yīng)用可以通過(guò)Thread類實(shí)現(xiàn)多線程開發(fā)脏款。在使用過(guò)程中围苫，為了保證程序的正常運(yùn)行，它同時(shí)提供了一些安全機(jī)制撤师，來(lái)實(shí)現(xiàn)線程操作的原子性剂府、可見性和順序性。
鎖和線程同步
Java提供了鎖來(lái)控制某段代碼在不同線程之間的互斥執(zhí)行剃盾。使用鎖的一個(gè)最簡(jiǎn)單的方式腺占，是通過(guò) synchronized 關(guān)鍵字修飾方法或者代碼塊。
synchronized 關(guān)鍵字保證了：
- 同時(shí)只能由一個(gè)線程執(zhí)行代碼塊痒谴，實(shí)現(xiàn)多個(gè)線程對(duì)同一代碼塊或者方法的互斥訪問(wèn)衰伯；（對(duì)于自增操作而言，實(shí)際上仍然并非是原子的积蔚，但是通過(guò)互斥訪問(wèn)達(dá)到了這樣的目的）
- 每個(gè)線程在進(jìn)入同步代碼塊之后意鲸，會(huì)看到先前所有對(duì)代碼塊中變量的修改。（保證可見性和順序）
//同步方法
public synchronized void add() {
}
public void delete() {
//同步代碼塊
syschronized(this){
}
}
上述在使用 synchronized 時(shí)，使用的鎖實(shí)際上是通過(guò)該類實(shí)例化出來(lái)的對(duì)象怎顾。當(dāng)然论矾，也可以使用其他對(duì)象作為鎖。
private Object lock = new Object();
public void add(){
synchronized(lock){
}
}
對(duì)于靜態(tài)方法杆勇，需要使用類對(duì)象
class Test{
}
public static void add(){
synchronized(Test.class){
}
}
總結(jié)
使用鎖進(jìn)行操作無(wú)疑是最安全最可靠的做法贪壳。但是它最大的弊端在于對(duì)CPU資源的消耗。
Volatile使用
Volatile的特點(diǎn)就是在蚜退，任何一個(gè)線程讀取主內(nèi)存的變量時(shí)闰靴，將讀取的是該變量最新的值。即滿足線程對(duì)變量修改后钻注，在其他線程中的可見性蚂且。即如果A和B同時(shí)讀取了變量param的值為1，此時(shí)如果在A中設(shè)置param為2.
下面一段代碼可以證明(代碼來(lái)源)
public class Test extends Thread {
boolean keepRunning = true;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Test t = new Test();
t.start();
Thread.sleep(1000);
t.keepRunning = false;
System.out.println("keepRunning is false");
}
public void run() {
int x = 10;
while (keepRunning)
{
x++;
}
System.out.println("x:"+x);
}
}
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
實(shí)測(cè)結(jié)果：
執(zhí)行 x++ 的while循環(huán)一直沒有停下來(lái)過(guò)幅恋。
我對(duì)于一直處于while死循環(huán)也感到有點(diǎn)不解杏死。可以肯定是捆交，這一定和共享變量的可變性有關(guān)淑翼。查了一些資料，一個(gè)可以接受的說(shuō)法是：
由于對(duì)keepRunning變量沒有使用任何同步措施品追，比如volatile和synchronized玄括，編譯器認(rèn)為這個(gè)變量不會(huì)被多個(gè)線程共享，從而進(jìn)行了循環(huán)不變式的優(yōu)化肉瓦，優(yōu)化結(jié)果為：
if(keepRunning){
while(true){
x++ ;
}
}
而這種優(yōu)化實(shí)際上跟具體的運(yùn)行環(huán)境有關(guān)遭京。也就是說(shuō)，在有些設(shè)備上泞莉，不一定會(huì)出現(xiàn)這種死循環(huán)哪雕。
使用volatile是可以保證共享變量的可見性，然而這并不能完全解決線程之間的同步問(wèn)題鲫趁。
static volatile int counter = 0;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread() {
public void run() {
for (int j = 0; j < 1000; j++)
counter++;
};
}.start();
}
預(yù)計(jì)結(jié)果應(yīng)該是 10000斯嚎，然而實(shí)際上，運(yùn)行結(jié)果每次都不一樣饮寞，最終的結(jié)果很少有到10000的孝扛。問(wèn)題就在于，多個(gè)線程同時(shí)對(duì) counter 進(jìn)行了修改幽崩，只是保證了 counter 在每個(gè)線程中的可見性苦始，但是并不能保證它的同步。
以上慌申，我們開了十個(gè)線程同時(shí)修改 counter
總結(jié)
volatile只能作為一個(gè)輕量級(jí)的synchronized陌选，而不能完全替代synchronized理郑。volatile適用于那些只會(huì)在一個(gè)線程中進(jìn)行更改數(shù)據(jù)的情況，因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下對(duì)數(shù)據(jù)變量的操作 都不是原子的咨油。更加安全的做法是使用synchronized您炉，但是synchronized由于需要使用鎖，這將更加消耗CPU資源役电。
AtomicInteger
這是java.util.concurrent.atomic種的類赚爵，其中還包括： AtomicBoolean; AtomicLong;AtomicReference等。具體我們來(lái)看一看AtomicInteger法瑟，其他的大同小異冀膝。
AtomicInteger內(nèi)部其實(shí)有一個(gè)volatile的value。
private volatile int value;
而它內(nèi)部的操作霎挟，大都使用了 sun.misc.Unsafe 這個(gè)類窝剖。這個(gè)類被稱為魔術(shù)類，會(huì)繞過(guò)Java的安全檢查機(jī)制酥夭，直接操作內(nèi)存以獲取高性能赐纱，而對(duì)于它的set、get熬北、compareAndSet操作都是原子性的疙描。
對(duì)于這個(gè)類有多強(qiáng)大，可以看這篇文章蒜埋，這是個(gè)強(qiáng)大到即將在JDK9中不被支持淫痰。太強(qiáng)大的東西往往都是一把雙刃劍，用不好就是災(zāi)難整份。
總結(jié)
AtomicX中借用volatile和Unsafe實(shí)現(xiàn)了對(duì)共享變量操作的互斥性。是一種很安全的使用方式籽孙。注意烈评，單純的AtomicInteger的set和get方法僅僅是返回上面的value，并沒有使用Unsafe操作犯建。
感想
在項(xiàng)目過(guò)程中由于使用了多線程操作讲冠，涉及到多線程同步的問(wèn)題，所以對(duì)此進(jìn)行了一次梳理适瓦，記錄在此竿开。
其實(shí)在使用過(guò)程中，更多的是使用synchronized玻熙，這也是非常安全的一個(gè)做法否彩，但是問(wèn)題就在于性能消耗大，但是對(duì)于多線程讀寫共享變量時(shí)嗦随，又不得不這么做列荔。
后來(lái)查看RxJava的源碼實(shí)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)其使用AtomicX（AtomicInteger、AtomicReference等）實(shí)現(xiàn)了一個(gè)多線程共享的隊(duì)列贴浙，它借此完全做到了對(duì)變量原子性砂吞、可見性、順序性的功能崎溃，同時(shí)性能消耗比synchronized要低蜻直。我覺得對(duì)于不需要復(fù)雜同步操作時(shí)，使用AtomicX是一種很好的選擇袁串。
當(dāng)然袭蝗，volatile的性能相對(duì)于synchronized和AtomicX應(yīng)該是最高的，它不涉及到鎖的操作般婆。但是卻只能保證共享變量的可見性到腥，而無(wú)法保證原子性。所以蔚袍，它的應(yīng)用場(chǎng)景在于那些只有一個(gè)線程需要對(duì)共享變量做復(fù)合賦值操作的情況乡范。
