多线程编程的特点

• 同一份代码，可以有多个线程执行
  
  • 既可以在一个CPU核上并发执行
  • 也可以在多个CPU核上并行执行
• 线程的执行默认是乱序的
  
  • 程序员不能假定执行次序
• 线程会共享数据（对象的变量）
  
  • 需要互斥
• 线程之间也需要合作（同步）

如何实现互斥 ？

• 锁 ！
  
  • 只有获得了锁的线程，才能够对共享资源做操作， 换句话说：进入临界区
  • 对共享资源做完操作（即使发生异常），一定要释放锁！

锁到底是个什么东西？

• “锁”本身如果是软件， 也没法保证原子性！

  • 多个CPU对“锁”操作的时候也会出错

• 最底层需要硬件指令的支持，否则谈不上锁

  • TestAndSet
  • Swap
  • CAS

注意：现在的锁都是高层的(应用层)，其实底层还是用硬件指令实现的。

硬件指令：TestAndSet

硬件指令： Swap

设计“锁”需要考虑的问题

• 线程申请锁的时候， 发现已经被别的线程持有， 线程该怎么办？

• 继续尝试，无限循环

  • 时间片用完了， 变为就绪状态，等待下次调度
  • 自旋锁
• 把线程放到阻塞队列中

注意： 自旋锁：为了让线程等待，让线程陷入一个忙循环（自旋转）。优点：避免线程切换的开销（挂起线程与恢复线程的操作都会装入内核态中完成，内核态切换回给并发性能带来很大的开销）。缺点：自旋时间过长会浪费cpu的资源。但是JVM针对上述的情况做了处理，对程序员是透明的。

可重入性

• 重入简单可简单理解成重新进入同一个函数。第一次进入函数持有锁当第二次同一个函数请求同一个锁。但这个时候它的锁被第一个函数持有，必须等待第一个函数持有的锁释放才能进入第二个函数，但是第一个函数是递归函数，所以不需要等待第一个函数释放锁，第二个函数就能进行执行。这样就会陷入死循环。

• 自旋锁无法重入

• 解决办法
  
  • 记录这个锁被谁持有
  • 记录重入的次数
• 传送门

线程之间的通信： 通过共享变量

线程之间的通信： wait /notify

线程之间的通信： join

Join的实现

join()的本质就是调用该对象本身的wait()方法直到该线程任务执行完成后在调用该对象的notify()方法唤醒该线程。

线程的状态

JDK中常用的锁 ： 可重入互斥锁

ReentrantLock是并发包中提供的一个更为方便的的控制并发资源的类，且和synchronized语法的效果是一样的。

优点；
可重入锁
互斥
公平竞争

JDK中常用的锁 ： 信号量

Semaphore是并发包中提供的用于控制某资源同时被访问的个数的类。

上面案例的意思是：在同一时刻，只能有3个线程能够获得锁

JDK中常用的锁 ：ReentrantReaderWriterLock

ReentrantReaderWriterLock提供了读锁（ReadLock）和写锁（WriteLock），相比较ReentrantLock只有一把锁的机制而言，读写锁分离的好处是在读多写少的场景中可大幅度提高读的性能。当调用读锁的lock方法时，如果没有线程持有写锁，就可获得读锁，这也意味着只要进行读的时候没有其他线程在进行写操作，读的操作就是无阻塞的；当调用写锁的lock方法时，如果此时没有线程持有读锁或写锁，则可继续执行，这也意味着要进行写动作时，如果有其他线程在读或在写，就会被阻塞，因此写的性能可能会下降。

JDK中常用的锁 ： CountDownLatch

CountDownLatch是并发包中提供的一个可用于控制多个线程同时开始某动作的类，其采用的方式为减计数器的方式。当计数器减至0时，位于latch.await后的代码才会被执行。

JDK中常用的锁 ： CyclicBarrier(栅栏)

CyclicBarrier与CountDownLatch不同， CyclicBarrier是当await的数量达到了设定的数量后，才继续往下执行（线程之间互相等待）。

与CountDownLatch的区别：前者着一个线程等到指定的线程执行完，后者是线程之间互相等待。

死锁

死锁的预防

• 每个线程申请锁的时候都按照特定的次序

• 申请锁的时候加上timeout

例子： 银行转账

• 上面这种实现 当两个客户互相转账时，会出现死锁。