深入浅出java多线程（一）

昨晚看到Guide哥推送的《深入浅出Java多线程》，今天一鼓作气看了9节，虽然看得很疲倦，但是对多线程的基本操作和一些原理还是有不少了解；
从进程与线程的区别开始，进程是由操作系统分配内存与其他资源(如io)，线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。
线程创建的2种方式，继承Thread和实现Runnable，其中Thread使用到了装饰者模式，装饰Runnable对象，扩展Runnable的功能，又使用到了策略模式，Thread中的Runnable的各种实现就是一种策略；
具体使用哪个可以从2个方面考虑：
1、继承方式还是实现方式；
2、是否需要使用Thread类的诸多方法；
这两种线程的执行都是没有返回值的，如果需要返回值可以使用JDK提供的Callable接口和Future接口，需要配合ExecutorService#submit(Callable c) : Future 使用，返回值通过Future#get() : T 获取，get()方法会阻塞当前线程，直到得到返回结果；Future接口中定义了取消线程的cancel()方法，所以如果想取消线程的话可以使用Future的实现类FutureTask，cancel()操作内部实际上是执行Thread#interrupt()方法，所以调用此方法取消并不一定能取消成功。
昨天总结写的比较晚，写到12点多硬是撑不住了，今天将昨天未总结完的补上。
线程的优先级可以调用Thread#setPriority(int i)来设置优先级，取值范围1~10，然而并不是优先级高的线程一定比优先级低得先执行，具体还是由操作系统决定。
线程必须存在于线程组ThreadGroup当中，线程的优先级不能大于所在线程组的最大优先级，如果超过将会被线程组的最大优先级取而代之；
线程中还有一个守护线程（Deamon），可以通过Thread#setDaemon(boolean on)来设置，只有当所有非守护进程结束后，守护线程才会自动结束。

接下来是线程的6种状态以及它们之间的转换：NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WATTING、TIMED_WATTING、TERMINATED
NEW → RUNNABLE调用start()，如果有其他线程拿到锁了，则进入BLOCKED状态；
RUNNABLE → BLOCKED 等待锁
RUNNABLE → WAITING调用当前锁调用wait()、其他线程调用join()
RUNNABLE → TIMED_WAITING 调用wait(time)、join(time)、sleep(time)
WAITING/TIMED_WAITING → RUNNABLE调用Object.notify()、notifyAll()、LockSupport.unpark;
需要注意的是线程调用start()方法必定会进入RUNNABLE状态，遇到锁后才有可能进入BLOCKED状态；

接下来是线程间的通信，java线程机制主要采用锁+同步的方式来进行线程间的通信
Synchronized：同步标识，需要一个对象做为锁，且只能是Class对象或者Object对象；如果是静态方法中使用这个默认为该类.class，如果是普通方法标记则默认为this，同步代码块需要通过参数传入锁，如果两段同步的锁相同，那么线程可以从第一段同步执行完后，直接进入第二段同步代码，不需要竞争锁，因为锁只能被一个对象持有；
join()：当一个线程调用join后，那么其他线程必须进入WAITING等待这个线程执行完毕后才会执行，主线程也不例外；
Object#wait()与Thread#Sleep(long t)区别：
1、wait()会释放锁，而sleep()不会；
2、wait()只有在拿到锁的情况才能执行，而sleep()在线程中随时可以执行；

接着作者提到了ThreadLocal类主要是为每个线程创建一个副本，用来存储线程自己的私有变量；

呼啦啦，这才总结了一半，不总结还真不知道昨天学了多少知识！总结写的好心累啊，一方面想着学习进度，一方面手头还有些工作要弄，不管了，加油吧！少年！

下面是原理篇，主要是java内存模型、volatile关键字、锁的几种类别，先从java内存模型讲起吧，
java运行时内存主要由方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器这无大部分组成，对于每个线程来说，堆是共有的，而栈是私有的，每个线程都含有一个本地内存，保存着该线程使用的堆空间中共享变量的副本，线程只与本地内存交互，而本地内存什么时候更新到共享内存由虚拟机控制。线程间的通信必须通过共享内存来进行通信。
讲到共享内存通信，那不得不提volatile关键字，其作用主要有2个：
1、内存共享：当一个线程对volatile修饰的变量进行写操作时，java运行模型会立即把该线程对应的本地内存中的值刷新到主内存中，当一个线程对volatile修饰的变量进行读操作时，java运行模型会将本地内存中的值设置成无效，并从主内存中读取；
2、防止指令重排；
讲到volatile关键字不得不提单例模式双重检查+锁模式，其中单例变量就使用了volatile关键字标记，而它的作用主要就是防止指令重排，因为new Object()操作在编译器内有3条指令:分配内存、初始化、赋值给变量，而如果还没有实例化就复制给了变量，这是另一个线程刚好进入到第一层检查，那么就会直接返回一个未初始化完成的对象；

最后，了解到了同步锁还存在升级机制，而锁的状态也分为4种：无锁状态、偏向锁、轻量级锁、重量级锁
既然讲到锁，那得弄清楚锁存在哪个地方，锁都是基于对象的，锁信息存放在java对象头中，
java对象头占用2个字宽，如果是数组则占用3个字宽，多一个字宽用来存储数组的长度，一个字宽对应操作系统的位数，如果是64位操作系统中，那java对象头就占了128位，这128位，主要存储2种数据，hashCode+锁信息、类型数据指针；
对象头中就保存着锁的状态，线程在第一次进入同步代码块时，会将线程ID保存到锁的对象头中，并且把锁设置为偏向锁的信息也保存进去；
线程再次进入同步代码块中时，会去检查锁对象头里的Mark Word信息，如果锁的对象头中Mark Word里已经有线程ID了，且线程ID等于自己时，那说明该线程已经获得了锁，并且不需要花费CAS（compare and swap）操作来进行加锁和解锁，那么这个锁还是偏向锁；
如果线程ID不等于自己的线程ID，那说明有另一个线程来竞争这把锁了，这个时候会尝试CAS操作来替换Mark Word里的线程ID和锁类型，CAS操作返回成功和失败，如果成功，则表示之前线程已经不存在了，那么替换ID，不升级锁；如果失败，说明之前的线程还存在，这时需要暂停之前的线程，将锁升级为轻量级锁（这个过程有一定开销）；
还是刚刚那个线程，在讲偏向锁升级为轻量级锁后，会自旋竞争锁，如果超过一定时间获取不到，就会进入阻塞状态，CAS会将锁升级为重量级锁，未竞争到锁的线程将会进入阻塞状态，阻塞状态不消耗CPU资源，但是线程间状态的转换需要相对较长的较长的时间，所以重量级锁效率较低

呼！终于完了，最后再来总结下这三种锁的区别和使用场景吧。

1、偏向锁：加锁和解锁操作不需要额外的消耗，速度接近非同步方法，但是线程竞争锁导致锁升级会造成额外的消耗，适用于多线程中同一时间段内只有一个线程访问同步代码块的情况；
2、轻量级锁：竞争锁不会阻塞，提高了程序的响应速度，但是始终得不到锁的线程会自旋消耗CPU资源，适用于追求响应速度的情况；
3、重量级锁：线程竞争不使用自旋，不会消耗CPU，但是线程阻塞，响应时间缓慢，同步块执行速度较长，适用于追求吞吐量的情况。