本文介绍Java里并发相关的内容，包括多线程、线程池、锁等。

当多个线程同时访问对象并要求操作相同资源时，分割了原子操作就有可能出现数据的不一致或数据不完整的情况，为避免这种情况的发生，需要采取同步机制，以确保在某一时刻，方法内只允许有一个线程。

基本概念

并发编程涉及的三个特性：原子性、可见性、有序性

原子性：要么全都做，要么全都不做。
可见性：多个线程访问同一个变量时，这个变量被修改后，能被其他的线程看到。
有序性。

并发与并行：

并发：同一时间段，多个任务都在执行 (单位时间内不一定同时执行)；
并行：单位时间内，多个任务同时执行。

线程的生命周期：初始、运行(调用start()方法后)、阻塞(被锁阻塞)、等待（调用wait()方法）、超时等待（可在指定时间自己返回）、终止。

线程死锁：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。

死锁必须具备以下四个条件：

互斥条件：该资源任意一个时刻只由一个线程占用。
请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
不剥夺条件:线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:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

`synchronized`关键字

synchronized 是 Java 中的关键字，是利用锁的机制来实现同步的。如果多个线程访问的是同一个对象，哪个线程先执行带synchronized关键字的方法，则哪个线程就持有该方法，那么其他线程只能呈等待状态。

内部机制：synchronized 同步语句块的实现使用的是 monitorenter 和 monitorexit指令，其中 monitorenter 指令指向同步代码块的开始位置，monitorexit 指令则指明同步代码块的结束位置。当执行 monitorenter 指令时，线程试图获取锁也就是获取 monitor(monitor对象存在于每个Java对象的对象头中，synchronized 锁便是通过这种方式获取锁的，也是为什么Java中任意对象可以作为锁的原因) 的持有权。当计数器为0则可以成功获取，获取后将锁计数器设为1也就是加1。相应的在执行 monitorexit 指令后，将锁计数器设为0，表明锁被释放。如果获取对象锁失败，那当前线程就要阻塞等待，直到锁被另外一个线程释放为止。

synchronized对应两种锁：对象锁和类锁

对象锁。每个Java对象都有一个 monitor 对象，即 Java 对象的锁，通常被称为“内置锁”或“对象锁”。类的对象可以有多个，所以每个对象有其独立的对象锁，互不干扰。
类锁。在 Java 中，针对每个类也有一个锁，可以称为“类锁”，类锁实际上是通过对象锁实现的，即类的 Class 对象锁。每个类只有一个 Class 对象，所以每个类只有一个类锁。

内置锁的特性：

可重入性。如果某个线程试图获得一个已经由它自己持有的锁，那么这个请求就会成功。即同一个线程可以再次获取自己的锁而不会阻塞。比如可以在同步方法里再次调用相同锁的同步方法。

使用说明：

同步普通方法，锁的是当前对象。如：public synchronized void method(){...}
同步静态方法，锁的是当前的 Class对象。如：public static synchronized void method(){...}
同步块，锁的是 () 中的对象或Class对象。比如synchronized (this){...} 或 synchronized (A.class){...}。

其他锁对象：Lock、ReenTrantLock等

TODO

`volatile`关键字

volatile，中文含义为“易改变”。用于修饰变量，告知系统该变量易改变，并发处理需直接读写主存，而非各自CPU内的缓存。

volatile只能保证变量的可见性、有序性，但是不能保证原子性。比如变量的自增操作，包括三个操作，读、加法、写，就是不是原子操作。在执行加法之前，其他线程可能更改了值，这样最终的结果可能不是预期的结果。

局限：

不能替代synchronized。无法提供完全同步的能力，它只能提供改变可见性的能力，可称为一种轻量级的同步，多线程写的时候会出现问题。
性能低。由于总是读写主存，它的读写性能要低于普通的变量。

一般使用的情景为：一个线程写，多个线程读。大部分情况下，完全不需要使用这个关键字。

线程相关方法：wait、notify、sleep、interrupt等

Object.wait()：在同步方法或同步块中调用；将当前线程置入休眠状态，直到接到通知或被中断为止；调用后会并释放锁。
Object.notify()：在同步方法或同步块中调用；通知等待该对象的其他线程，多个线程时随机通知一个；当前程序退出synchronized代码块后，等待线程程序才能获取锁，即被唤醒。
Object.notifyAll()：与Object.notify()一样，通知待该对象的所有线程。
Thread.sleep()：暂停执行，超时后继续执行，不释放锁。
Thread.interrupt()：中断睡眠中的线程，并抛出中断异常信息。

wait()和sleep()比较：

两者最主要的区别在于：sleep 方法没有释放锁，而 wait 方法释放了锁。
两者都可以暂停线程的执行。
Wait 通常被用于线程间交互/通信，sleep 通常被用于暂停执行。
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。

线程池与Executor 框架

线程池的作用：减少资源消耗，提高资源利用率，提高响应速度。

Executor 框架包括线程池管理、线程工厂、队列以及拒绝策略等，Executor 框架让并发编程变得更加简单。

Executor 框架结构，主要由三大部分组成：

任务(Runnable /Callable)：执行任务需要实现的 Runnable 接口 或 Callable接口。
任务的执行(Executor)：包括任务执行机制的核心接口 Executor ，以及继承自 Executor 接口的 ExecutorService 接口，以及继承自ExecutorService的ThreadPoolExecutor类。
异步计算的结果(Future)：**Future** 接口以及 Future 接口的实现类 FutureTask 类都可以代表异步计算的结果。当我们把 Runnable接口 或 Callable 接口 的实现类提交给 ThreadPoolExecutor 或 ScheduledThreadPoolExecutor 执行即调用 submit() 方法时，会返回一个 FutureTask 对象

ThreadPoolExecutor 的构造

/**
 * 用给定的初始参数创建一个新的ThreadPoolExecutor。
 */
public ThreadPoolExecutor(
    int corePoolSize,//线程池的核心线程数量
    int maximumPoolSize,//线程池的最大线程数
    long keepAliveTime,//当线程数大于核心线程数时，多余的空闲线程存活的最长时间
    TimeUnit unit,//时间单位
    BlockingQueue<Runnable> workQueue,//任务队列，用来储存等待执行任务的队列
    ThreadFactory threadFactory,//线程工厂，用来创建线程，一般默认即可
    RejectedExecutionHandler handler//拒绝策略，当提交的任务过多而不能及时处理时，我们可以定制策略来处理任务
) {...}

两种方法构造线程池：

通过ThreadPoolExecutor构造函数实现（推荐）
通过 Executor 框架的工具类 Executors 来实现。三种特定的线程池
- FixedThreadPool
- SingleThreadExecutor
- CachedThreadPool

四种拒绝策略：

AbortPolicy：任务队列装不下，直接拒绝，抛异常。默认策略
CallerRunsPolicy：当前线程直接运行任务
DiscardPolicy：丢弃
DiscardOldestPolicy：丢弃最旧的任务

ThreadLocal

通常情况下，我们创建的变量是可以被任何一个线程访问并修改的。如果想实现每一个线程都有自己的专属本地变量该如何解决呢？ JDK中提供的ThreadLocal类正是为了解决这样的问题。

Thread有成员ThreadLocalMap，而ThreadLocalMap存储以ThreadLocal为key的键值对。比如我们在同一个线程中声明了两个 ThreadLocal 对象的话，会使用 Thread内部ThreadLocalMap存放数据的，ThreadLocalMap的 key 就是 ThreadLocal对象，value 就是 ThreadLocal 对象调用set方法设置的值。

在Android中利用ThreadLocal来保证Looper对象的唯一性：每个线程对象持有一个ThreadLocalMap成员，ThreadLocalMap以ThreadLocal为key，以实际目标值为value。如果以一个静态ThreadLocal对象为key，则每个线程里的ThreadLocalMap都会持有相同的key却互不并不影响，但在线程内部，由于ThreadLocalMap里的key唯一，则可以确保只有一个值。在Looper创建时则是判断当前线程是否有Looper，有则抛出异常，从而确保唯一。

参考

volatile的作用及正确的使用模式
《Java 并发编程的艺术》
Java Scheduler ScheduledExecutorService ScheduledThreadPoolExecutor Example
java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor Example
ThreadPoolExecutor – Java Thread Pool Example

永恒的码流

Java基础一：并发概览

基本概念

`synchronized`关键字

`volatile`关键字

线程相关方法：wait、notify、sleep、interrupt等

线程池与Executor 框架

ThreadLocal

参考

基本概念

synchronized关键字

volatile关键字

线程相关方法：wait、notify、sleep、interrupt等

线程池与Executor 框架

ThreadLocal

参考

`synchronized`关键字

`volatile`关键字