• Concurrent Basic
  • 基礎(chǔ)
    • 無(wú)處不在的線程
    • 線程的創(chuàng)建和運(yùn)行
    • 線程的狀態(tài)和上下文切換
    • 線程的監(jiān)視
    • 原子性掌测、內(nèi)存可見(jiàn)性内贮、指令重排序、synchronized汞斧、volatile
    • 線程的優(yōu)勢(shì)和風(fēng)險(xiǎn)
    • 常用術(shù)語(yǔ)

Concurrent Basic

本文引自《Java多線程編程實(shí)戰(zhàn)指南（設(shè)計(jì)模式篇）》

基礎(chǔ)

無(wú)處不在的線程

進(jìn)程（Process）代表運(yùn)行中的程序夜郁。一個(gè)運(yùn)行的Java程序就是一個(gè)進(jìn)程。

從操作系統(tǒng)地角度來(lái)看粘勒，線程（Thread）是進(jìn)程中可獨(dú)立執(zhí)行的子任務(wù)竞端。一個(gè)進(jìn)程可以包含多個(gè)線程。同一個(gè)進(jìn)程中的線程共享該進(jìn)程所申請(qǐng)到的資源庙睡，入內(nèi)存空間和文件句柄事富。

從JVM的角度來(lái)看剑勾，線程是進(jìn)程中的一個(gè)組件（Component），它可以看作執(zhí)行Java代碼的最小單位赵颅。Java程序中任何一段代碼總是執(zhí)行在某個(gè)確定的線程中。

JVM在啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)創(chuàng)建一個(gè)main線程暂刘，該線程負(fù)責(zé)執(zhí)行Java程序的入口方法（main方法）饺谬。

在多線程編程中，弄清楚一段代碼具體由哪個(gè)（或者哪種）線程去負(fù)責(zé)執(zhí)行的這點(diǎn)很重要谣拣，這關(guān)系到性能問(wèn)題募寨，線程安全問(wèn)題等。

Java中的線程可以分為守護(hù)線程（Deamon Thread）和用戶(hù)線程（User Thread）森缠。用戶(hù)線程會(huì)阻止JVM的正常停止拔鹰，即JVM正常停止前應(yīng)用程序中的所有用戶(hù)線程必須先停止完畢。否則JVM無(wú)法停止贵涵。而守護(hù)線程則不會(huì)影響JVM的正常停止列肢，即應(yīng)用程序中所有守護(hù)線程在運(yùn)行也不影響JVM的正常停止。因此守護(hù)線程用來(lái)做一些重要性不是很高的任務(wù)宾茂，例如監(jiān)視其他線程的運(yùn)行情況瓷马。

線程的創(chuàng)建和運(yùn)行

線程的狀態(tài)和上下文切換

Thread.State :

• NEW - 新建狀態(tài)。
• RUNNABLE - 該狀態(tài)是一個(gè)復(fù)合狀態(tài)跨晴。包括兩個(gè)子狀態(tài)：READY和RUNNING欧聘。
• BLOCKED - 一個(gè)線程發(fā)起一個(gè)阻塞式I/O（Blocking I/O）操作后，或者試圖去獲得一個(gè)由其他線程持有的鎖時(shí)端盆，相應(yīng)的線程會(huì)處于該狀態(tài)怀骤。處于該狀態(tài)的線程不會(huì)占用CPU資源。當(dāng)相應(yīng)的I/O操作完成后焕妙，或者相應(yīng)的鎖被其他線程釋放后蒋伦，該線程的狀態(tài)又可以轉(zhuǎn)換為RUNNABLE。
• WAITING - 一個(gè)線程執(zhí)行了某些方法之后就會(huì)處于這種無(wú)限等待其他線程執(zhí)行特定操作的狀態(tài)访敌。這些方法包括Object.wait(),Thread.join()和LockSupport.park()凉敲。能夠使相應(yīng)的線程從WAITING狀態(tài)轉(zhuǎn)換為RUNNABLE狀態(tài)的相應(yīng)方法包括：Object.notify(),Object.notifyAll()和LockSupport.unpark(thread);
• TIMED_WAITING - 該狀態(tài)可WAITING狀態(tài)類(lèi)似，差別在于處于該狀態(tài)的線程并非無(wú)限等待其他線程執(zhí)行特定操作寺旺，而是處于帶有時(shí)間限制的等待狀態(tài)爷抓。當(dāng)其他線程沒(méi)有在指定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行該線程所期望的特定操作時(shí)，該線程的狀態(tài)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為RUNNABLE狀態(tài)阻塑。
• TERMINATED - 已經(jīng)執(zhí)行結(jié)束的線程處于該狀態(tài)蓝撇。由于一個(gè)線程實(shí)例只能被啟動(dòng)一次，因此一個(gè)線程也只可能有一次處于該狀態(tài)陈莽。Thread實(shí)例的run方法正常返回或者由于拋出異常而提前終止都會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的線程處于該狀態(tài)渤昌。

從上述描述可知虽抄，一個(gè)線程在其整個(gè)生命周期中，只可能一次處于NEW的狀態(tài)和TERMINATED狀態(tài)独柑。而一個(gè)線程的狀態(tài)從RUNNABLE狀態(tài)轉(zhuǎn)換為BLOCKED迈窟、WAITING和TIMED_WAITING這幾個(gè)狀態(tài)中的任何一個(gè)狀態(tài)都意味著上下文切換（Context Switch）的產(chǎn)生。

上下文切換 : 對(duì)線程上下文信息進(jìn)行保存和恢復(fù)的過(guò)程就稱(chēng)之為上下文切換忌栅。

線程的監(jiān)視

• jvisualvm
• jstack
• Java Mission Control

原子性车酣、內(nèi)存可見(jiàn)性、指令重排序索绪、synchronized湖员、volatile

• 原子操作 - Atomic，相應(yīng)的操作時(shí)單一不可分割的操作瑞驱。在多線程環(huán)境中娘摔，非原子操作可能會(huì)收到其他線程的干擾。

• synchronized - 可以實(shí)現(xiàn)操作的原子性唤反。其本質(zhì)時(shí)通過(guò)該關(guān)鍵字所包括的臨界區(qū)（Critical Section）的排他性保證在任何一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)線程能夠執(zhí)行臨界區(qū)內(nèi)的代碼,這使得臨界區(qū)中的代碼代表了一個(gè)原子操作凳寺。synchronized關(guān)鍵字代表的另外一個(gè)作用是內(nèi)存的可見(jiàn)性（Memory Visibility），即保證了一個(gè)線程執(zhí)行臨界區(qū)代碼時(shí)所修改的變量值對(duì)于稍后執(zhí)行臨界區(qū)中的代碼的線程來(lái)說(shuō)是可見(jiàn)的拴袭。

• 臨界區(qū) - Critical Section读第，示例代碼如下：

synchronized(syncObject) { 
    //critical section
}

• 內(nèi)存可見(jiàn)性 - Memory Visibility，CPU在執(zhí)行代碼的時(shí)候拥刻，為了減少變量訪問(wèn)的時(shí)間消耗可能將代碼中訪問(wèn)的變量的值緩存道該CPU的緩存區(qū)（如L1 Cache怜瞒，L2 Cache等）中。因此般哼，相應(yīng)代碼再次訪問(wèn)某個(gè)變量時(shí)吴汪，相應(yīng)的值可能時(shí)從CPU緩存區(qū)而不是主內(nèi)存中讀取的。同樣的蒸眠，代碼對(duì)這些被緩存鍋的變量的值的修改也可能僅是被寫(xiě)入CPU緩存區(qū)漾橙，而沒(méi)有被寫(xiě)回主內(nèi)存。由于每個(gè)CPU都有自己的緩存區(qū)楞卡，因此一個(gè)CPU混村去中的內(nèi)容對(duì)于其他CPU而言是不可見(jiàn)的霜运。這就導(dǎo)致了其他CPU上運(yùn)行的其他線程可能無(wú)法“看到”該線程對(duì)某個(gè)變量值所做的更改。這就是所謂的內(nèi)存可見(jiàn)性蒋腮。

• volatile - 保證內(nèi)存可見(jiàn)性淘捡，但是不保證操作的原子性。其另一個(gè)作用是禁止了指令重排序池摧。

• 指令重排序 - 編譯器和CPU為了提高指令的執(zhí)行效率焦除，可能會(huì)進(jìn)行指令重排序操作。

synchronized和volatile的區(qū)別：synchronized既能保證操作的原子性作彤，又能保證內(nèi)存的可見(jiàn)性膘魄。而volatile僅能保證內(nèi)存可見(jiàn)性乌逐。但是前者會(huì)導(dǎo)致上下文切換，而后者不會(huì)创葡。

線程的優(yōu)勢(shì)和風(fēng)險(xiǎn)

優(yōu)勢(shì) :

• 提高系統(tǒng)的吞吐率（Throughput）
• 提高響應(yīng)性（Responsiveness）
• 充分利用多核（Muticore）CPU資源
• 最小化對(duì)系統(tǒng)資源的占用
• 簡(jiǎn)化程序的結(jié)構(gòu)

風(fēng)險(xiǎn) :

• 線程安全問(wèn)題
• 線程的生命特征問(wèn)題
• 上下文切換
• 可靠性

常用術(shù)語(yǔ)

———————————————————— 結(jié)束 ————————————————————