并发和多线程

并发（concurrency）：某段时间内，多个任务被CPU交替处理。

并行（parallelism）：CPU同时处理多个任务。

并发打破和程序的封闭性，具有以下挑战：

1、并发程序之间有相互制约（对资源的争抢和彼此的依赖）的关系。

2、并发线程执行过程不连贯、断断续续，需要保存和切换现场。

3、设计合理的并发数，充分并合理利用CPU的执行能力才能真正发挥并发的优势。

线程数量并不是越多越好，要和相应的CPU资源匹配，合适的线程数才能充分利用计算资源。

线程的五个状态：NEW新建状态、RUNNABLE就绪状态、RUNNING运行状态、BLOCKED阻塞状态、DEAD终止状态。

线程被创建且未启动时的状态为NEW；线程调用start()方法之后进入就绪状态为RUNNABLE；线程被分配CPU时间片，开始执行run()方法，线程进入执行状态RUNNING；线程由于某些原因会进入阻塞状态BLOCKED；线程执行完毕，退出run()方法或异常退出即进入终止态DEAD。

有三类原因会让RUNNING中的线程变成BLOCKED：等待阻塞（调用wait方法）、主动阻塞（通过sleep、join主动让出CPU执行权）、同步阻塞（需要等待其他线程释放锁，I/O阻塞、同步块阻塞、锁阻塞）

线程从BLOCKED状态通过“苏醒（sleep时间到了）”、“被唤醒（notify）”、“获得锁”进入的下一个状态是RUNNABLE，线程退出阻塞态进入了准备就绪状态，等待CPU分配时间片后再次获得执行的权利。

高并发场景下如何做到线程安全：要么只读、要么加锁。

只读：只读对象（String、Integer等）、数据只在单线程可见（ThreadLocal、线程局部变量）

加锁：同步与锁机制、直接引用线程安全类（ConcurrentHashMap等）

锁

乐观锁：总是保持乐观预期，总假设最好情况；即总乐观的认为线程每次拿数据时都不会有更新操作，所以“拿”的时候不加锁，当察觉到线程有更新操作时，才会用版本和CAS机制去判断有无冲突。适用于读多写少的场景，可提高效率。

悲观锁：总是保持悲观预期，总假设最坏情况；即总悲观的认为线程每次拿数据时都会有更新操作，所以线程“拿”数据之前先要锁住数据，共享数据每次只能由一个线程独享。无论读写，都要上锁。适用于更新操作很频繁的场景。Java中的ReentrantLock和synchronized关键字等独占锁就是悲观锁的实现。

synchronized锁机制由JVM实现，这个机制是在不断进化的。其底层通过监视锁来实现，即每个对象与生俱来的一个隐藏属性：monitor监视锁。JDK6后JVM对synchronized进行优化，提供了三种锁的实现：偏向锁、轻量级锁、重量级锁，还提供生动升级降级机制，随着锁的竞争加剧和减弱，自动升级或降级锁的级别，从而保证性能。

线程同步

信号量同步

CountDownLatch:倒数计数门闩类，从N开始倒数到0时，才执行积攒的线程。一次性的。

CyclicBarrier:循环栅格类，与上面的类功能相似，但可以通过调用reset重复利用。

Semaphore：信号量类，可定义资源上线，当设置信号量为1时，实现互斥锁。

线程池

线程池的好处：1方便管理和复用线程2环境隔离3实现定时和调度4协调线程

ThreadLocal

一个可以被多个线程共享，在各个线程内修改操作是独立的，可在进入各个线程前统一初始化赋值。

ThreadLocal对象容易造成脏读和内存泄漏，所以在每次用完后，必须及时调用其remove方法，进行及时清理。