JAVA線程及簡單同步實現的原理解析
線程
一、內容簡介：
本文主要講述計算機中有關線程的相關內容，以及JAVA中關於線程的基礎知識點，爲以後的深入學習做鋪墊。如果你已經是高手了，那麼這篇文章並不適合你。
二、隨筆正文：
1、計算機系統組成
計算機系統由計算機硬件系統和軟件系統組成。我們今天要說的線程和硬件系統中的cpu中央處理器，及軟件系統中的操作系統，進程等有比較緊密的聯繫。操作系統是軟件中比較特殊的存在，與硬件系統直接交互，其他程序（軟件）運行在操作系統之上。
2、cpu簡單說明
硬件系統中特別重要的一項就是處理器CPU，與我們所說的線程有非常緊密的聯繫。cpu中有幾項參數，以及如何查看該信息，在下文逐一說明：
塊數：民用pc機，基本都是一塊物理cpu，每塊主板上只能裝一塊cpu。
核心數：也就是單塊物理cpu是由幾組處理芯片組，組成的。4核心 8核心等。
線程數：老款cpu都是單線程的，及一組芯片組只能運行一個線程。現款因特爾cpu大多支持超線程技術可支持多個邏輯線程。但是需要操作系統及相關編程語言的支持，JAVA相較C++在多線程方面能表現的更出色。
主頻：單位GHZ（hz赫茲 每秒的週期性變動重複次數）在計算機中即高低電平變化一次，可以產生兩個不同的電信號0、1。以我的CPU I5-4200M 2.5GHZ 舉例，及cpu可以每秒完成25億次震盪！ 也就是說主頻越高理論上計算能力越強，處理計算機指令越快。但是並不代表計算機整體運算速度約高，這點通常滿足水桶效應，而cpu一直穩居長板地位。
緩存：cpu內置緩存，很小通常爲幾Mb至十幾Mb，和cpu交互更頻繁，速度也遠高於普通運行內存，提高cpu處理能力的有效手段。
查看cpu參數指令：
DOS命令
3、關係梳理
操作系統，程序，進程，線程之間的關係梳理、
程序：是計算機上的靜態代碼，指令文件集合，是靜態的存在。比如：QQ，LOL等
進程：程序的執行實體（過程），持有及分配資源的主體。chrome.ext,QQ.exe等執行進程。
線程：是進程中的勞動力，由進程創建，完成指定任務後結束。
關係：
操作系統 1 ——> n 程序 1 ——> n 進程 1 ——> n 線程
平臺 集合 資源 幹活的
普通進程創建線程去完成指定的計算機指令，這個時候需要調用系統資源如cpu進行運算，但是用戶線程並不能直接驅動硬件，而是通過操作系統去統一分配、控制硬件的使用。
4、進程、線程基本狀態
五個基本狀態，創建和終止不說了。計算機中的線程創建之後會進入就緒狀態，當cpu爲此線程分配時間片時，線程由就緒轉爲執行狀態，開始幹活，當時間片結束時回到就緒狀態等待下次獲取時間片，循環直到任務完成，當任務完成時，線程終止（死亡）。若在執行過程中遇到耗時操作比如IO或者JAVA中的線程休眠等，會進入阻塞狀態，阻塞結束會進入就緒狀態繼續排隊等待被分配時間片。
5、JAVA中的線程
java中提供了兩種方式去創建線程，繼承類和實現接口。由於java中單繼承機制的限制，大多數情況下使用實現Runnable接口的形式創建線程。
1 、繼承Thread類
繼承Thread類
2、實現Runnable接口
實現Runnable接口
3、線程的常用方法
複製代碼
1 start()
2 //啓動線程，調用run方法
3 sleep()
4 //線程休眠，進入阻塞狀態，讓出時間片，但不會讓出鎖
5 Thread.currentThread()
6 //獲取當前執行線程
7 wait/notify()
8 //僅能存在synchronized代碼塊中，wait線程休息，讓出時間片，進入等待狀態,notify()喚醒該線程；該方法存在重載
9 join()
10 //等待此線程執行完畢
11 setDaemon()
12 //設置守護線程，守護線程是服務線程，當用戶線程結束，守護線程自動結束
13 yield()
14 //主動讓出時間片給其他線程
15 interrupt()
16 //中斷線程，不推薦
17 get/setId()
18 //設置獲取線程id
19 get/setName()
20 //設置獲取線程名
21 get/setPriority()
22 //設置獲取線程優先級，理論上優先級越高，獲取時間片的概率越大，默認是5最高10最小1
複製代碼
4、JAVA中的線程狀態圖
5、線程練習
簡單模擬多線程購票業務
售票業務
在不做任何控制的情況下，出錯的機率很小，我反覆測試幾次，結果基本都正確！分析原因：業務本身相對簡單，沒有耗時操作，每個時間片基本能保證線程將本次任務執行完畢！也就是將票數減一併打印內容。
爲了模擬在售票前雙方的問詢階段及付款階段的等待，在售票前(後)加入Thread.sleep(ms) 模擬耗時操作。
加入線程休眠
改動後系統出現bug同一張票被售出了多次，並且可能將票賣出負數。究其原因：線程之間的數據爭用問題，我們將引入JAVA內存模型進行分析(圖片來自網絡侵刪)
首先我們需要知道幾個概念，如下：
共享變量：主內存中存在被多個線程同時用到的變量，在多個線程中存在相應副本變量。
可見性：線程對共享變量的值進行修改，能否被其他線程可見。
變量訪問規則： 1、線程對共享變量的操作只能在自己工作內存中的副本。
2、工作內存中的變量變化需要通過主內存傳遞。
6、實現同步
實現同步即實現共享變量可見性，工作內存1 ——> 主內存 ——>工作內存2，在數據傳遞的兩個環節中出現問題都會對同步造成影響，從而影響執行結果。
synchronized實現同步
synchronized 可以實現指令的原子性，及共享變量的可見性。
原子性：synchronize修飾的方法或者代碼塊會獲取互斥鎖，保證同一時間只能有一個對象訪問該方法或代碼塊，將其作爲一個整體，保證了原子性。
可見性：加鎖後，先清空工作內存，同步主內存中的共享變量。解鎖前，先將工作內存中的變量同步到主內存，再釋放鎖。
所以結合上述例子，爲sellTickets()方法加鎖即可實現同步；或者對核心代碼片段加鎖；
複製代碼
private synchronized boolean sellTickets() { //… 省略中間代碼
}
//或者如下實現
synchronized(this){
//this指的是調用sellTickets()的對象}
複製代碼
7、volatile關鍵字
共享變量（類的成員變量、類的靜態成員變量）被volatile修飾之後，那麼就具備了兩層語義：
原理：被volatile修飾的變量所生成彙編代碼時有lock前綴，生成"內存屏障"。
1）保證了不同線程對這個變量進行操作時的可見性，即工作內存中的變量值在修改後會被立即同步到主內存中；
2）並且使其他線程中的緩存無效，這樣當其他線程在訪問共享變量時就必須取主內存中獲取；
3）禁止進行指令重排序；
綜上所述，volatile可以保證可見性，但不能保證原子性；
舉例分析：
複製代碼
volatile int number = 0 ;
number ++ ；
/*
操作可以解析成三步: 1.獲取number中的值
2.計算加1操作
3.number = 0 + 1；
在一個時間片中，雖然volatile修飾的number一定會被立即同步到主內存中，但不能保證完整執行這三步，所以不能保證++操作的原子性 。*/
複製代碼
三、總結說明：
首先感謝各位能看到最後，對本文內容如果存在疑問，歡迎留言交流，若存在錯誤，也還望斧正！我將不定期對文章進行修改和調整，如發現錯誤一定及時改正以免誤人子弟！
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