Java并行-0.基本概念

1. 同步(Synchonous)和异步(Asynchronous)

同步和异步是用来形容一次方法调用的：

• 同步方法开始后，调用者必须等到方法结束才能进行后续的行为；
• 异步方法开始后，方法调用立即返回，调用者继续后续的行为，异步调用的方法完成后，再通知调用者。

2. 并发(Concurrency)和并行(Parallelism)

并发和并行指的是两个或者多个任务一起执行：

• 并发指的是短时间内多个任务交替执行
• 并行指的是多个任务同时执行

3.临界区

临界区表示被多个线程使用的公共资源，但是每一次只能有一个线程使用它。 比如打印机资源。

4.阻塞（Blocking）和非阻塞（Non-Blocking）

阻塞和非阻塞用来形容多线程之间的相互影响：

• 如果一个线程占用了临界区资源，其他所有需要这个资源的线程就需要在这个临界区中等待，这就导致了这些线程的挂起，这种情况就是阻塞。
• 如果没有一个线程能够妨碍其他线程的执行，这种情况就是非阻塞。

5.死锁（Deadlock），饥饿（Starvation）和活锁（Livelock）

死锁，饥饿，活锁，属于多线程情况下的线程活跃性问题：

• 死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。 此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。
• 饥饿指的是某一个或者多个线程无法获得说需要的资源，导致一直无法执行。 可能的情况包括线程优先级过低，某线程长时间占用关键资源等。 与死锁相比，饥饿是可能在未来一段时间内解决的。
• 活锁指的是资源不断在两个或者多个线程中跳动，没有一个线程可以同时拿到所有的资源而正常执行。

6.并发级别

由于临界区（资源）的存在，多线程之间的并发是受到控制的，并发的级别被分为：阻塞，无饥饿，无障碍，无锁，无等待五种：

6.1 阻塞（Blocking）

一个线程是阻塞的，那么在其他线程释放资源之前，当前线程无法继续执行。 例如在使用了synchronized关键字，或者重入锁，得到的就是阻塞的线程。它们会在执行后续代码之前，得到临界区的锁，如果得不到，线程会挂起等待，直到占有了说需要的资源。 这是一种悲观的策略，认为两个线程之间很有可能发生冲突，以保护共享数据为第一优先级。

6.2 无饥饿（Starvation-Free）

线程之间如果有优先级，线程调度的时候就会优先满足高优先级的线程，即，对于同一个资源的分配，是不公平的。 对于非公平的锁来说，系统优先满足高优先级的线程，就可能会导致低优先级的线程产生饥饿； 如果锁是公平的，满足先来后到，那么就没有饥饿产生，所有的线程都有机会执行。

6.3无障碍（Obstruction-Free）

两个线程如果是无障碍的执行，那么它们不会因为临界区（资源）的问题导致一方被挂起。 这是一种最弱的非阻塞调度。一旦发生数据竞争，需要进行数据回滚。 这是一种乐观的策略，认为系统之间发生冲突的可能性不大，以读取为第一优先级，产生冲突了再进行回滚。 无障碍可以以来一个“一致性标记”来实现：线程修改数据之前，对“一致性标记”进行修改，表明数据不再安全。其他线程读取后发现一致性标记不同，就知道资源的访问产生了冲突，需要进行回滚。

6.4 无锁（Lock-Free）

无锁的情况下，所有下次你很都能尝试对临界区进行访问，需要保证必然有一个线程能够在有限步内完成操作，离开临界区。其并行都是无障碍的。

6.5 无等待（Wait-Free）

无等待的情况下，所有的操作都必须在有限步内完成。 可以分为“有界无等待”和“线程无关的无等待”，区别在于循环次数的限制不同。

7 原子性（Atomicity），可见性（Visibillity），有序性（Ordering），Happen-Before原则

• 原子性是指一个操作是不可中断的。
• 可见性是指当一个线程修改了某一个共享变量的值，其他线程能否立即知道这个修改。
• 有序性是指线程A的指令执行顺序在线程B看来是没有保证的。不过对于一个线程来说，它看到的指令执行顺序是一致的。 有序性产生的原因是程序执行的时候，可能会进行指令重排。
• Happen-Before原则是指令重排中不可违背的原则：
  • 程序顺序原则：一个线程内保证语义的串行性
  • volatile原则：volatile变量的写，先发生于读，这样保证了volatile变量的可见性
  • 锁规则：解锁（unlock）必然发生在随后的加锁（lock）前
  • 传递性：A先于B，B先于C，则A必然先于C *线程的start()方法优先于它的每一个动作
• 线程的所有操作优先于线程的终结（Thread.join()）
• 线程的中断（interrupt()）先于被中断线程的代码
• 对象的构造函数执行，结束先于finalize()方法