在說線程之前，首先必須要說的一個概念是進程，任何線程不能獨立存在，進程只操作系統結構的基礎，是代碼在數據集上的一次運行活動，是系統進行資源分配和調度的一個獨立單位，線程可以理解爲是進程的子任務，是進程的一個執行路徑，進程中的多個線程共享進程的資源。我們知道CPU執行是給每個線程分配CPU時間片來執行線程業務，時間片是CPU份額配給各個線程的時間，非常短，CPU通過不停切換線程執行，充分利用CPU和發揮CPU多核。這裏就存在一個問題，CPU在線程之間來回切換執行，切換到之前執行的線程，如何繼續執行下去，所以每次切換之前會給當前線程保存一個狀態，一般說線程上下文，當線程再次獲得CPU時間片執行的時候加載線程上下文繼續之前的執行邏輯，線程上下文的切換會影響多線程的執行速度
在Java中一般要想實現自定義的線程有兩種方式，一種是繼承Thread類，另一種是實現 Runnable接口。
在java中，與線程相關的一個重要話題就是線程安全問題，在說線程安全問題之前，我們先需要了解一下java中的內存模型（Java Mermory Model,JMM)
在java中線程運行的時候，當需要讀取某個變量的時候，由JMM將變量讀取到本地線程副本，當對變量修改完後，由JMM負責寫回到主內存（不定時，無法確定詳細時間）。現代處理器一般都是將數據寫入到臨時寫緩衝區，寫緩衝區保證指令流水線持續運行，避免CPU等待向內存寫入數據的延遲，以批處理方式刷新寫緩衝區、合併寫緩衝區中對同一地址的多次寫，減少對內存總線的佔用。
需要理解的是，CPU並不直接和主內存打交道，而是速度更快的L1,L2,L3 緩存行,當CPU需要對內存中的數據進行運算的時候，先在緩存行查找是否有這個數據，如果沒有在從主內存中將數據加載到緩存行中進行運算。
由於各個平臺，系統以及硬件的不同，硬件級別和系統級別提供的內存操作語義可能不盡相同，爲了對開發者能夠有一個統一的內存操作模型，JMM爲開發者提供了跨平臺、跨硬件、跨系統的統一內存操作模型，提供一致的內存可見性。
何謂線程安全，當多個線程同時讀寫一個共享資源且沒有任何同步措施的時候，導致出現髒數據或其他不預見的結果的問題。
指令重排：實際程序運行的時候，爲了提高性能，編譯器和處理器常常會對指令做重排序，在不影響結果的前提下，提升並行度和程序效率，主要有三種情況：
（1）編譯器優化的重排序，在單線程內不改變程序語義的前提的時，指令重排
（2）指令級並行的重排序。在多核CPU下，採用指令級並行技術，將多條指令並行處理，如果不存在數據依賴，處理器可以改變語句對應機器指令的執行程序
（3）內存系統的重排序。由於緩存和讀寫緩衝區，使得加載和存儲操作看上去可能是在亂序執行。
Java中使用happens-before來描述操作之間的內存可見性，如果一個操作執行的結果需要對另一個操作可見，這兩個操作之間必須存在happens-before關係，happens-before指定了兩個操作之間的執行順序，可以在不同線程之間
happens-before描述如下：
-
如果A操作happens-before B 操作，那麼A操作的執行結果必須對B操作可見，且A操作執行順序在B操作之前
-
如果A,B兩個操作存在happens-before規則，並不意味着Java平臺必須嚴格按照happens-before關係順序執行，如果重排序之後的執行結果與按照happens-before執行結果易一致，那麼這種重排序是合法的。
一般常見happends-before規則如下： -
程序順序規則，一個線程中的每個操作，happens-before於該線程中任意後續操作
-
鎖規則，對一個鎖的解鎖，happens-before於隨後這個鎖的加鎖
-
volatile規則，對volatile變量的寫happens-before於後續對這個變量的讀
-
傳遞性，如果 A happens-before B，B happens before C,則 A happens before C
-
start規則，如果ThreadA執行 ThreadB.start，則ThreadA的ThreadB.start操作happens-before線程B中的任意操作
-
join規則，如果線程A執行ThreadB.join，則線程B中任意操作happens-before線程A的ThreadB.join操作
在以下幾種情況下，不會重排序：
- 數據存在依賴情況下，如果兩個操作訪問同一個變量，且其中有一個爲寫操作，不會重排序
- 單線程執行結果不能被改變，使單線程不會被重排序干擾到，能夠按照預期結果輸出
volatile的語義，由之前JMM模型我們知道當我們要讀取一個變量時，首先是從主內存中讀取到本地局部緩存，修改變量值後，是由JMM擇機寫回主內存，並不是立即寫回，而volatile變量則是每次讀取都是從主內存中讀取，寫入時立馬寫回主內存，可以理解爲對一個volatile的讀能夠讀取到任意線程對該變量的最後寫入，但是需要注意的是對單個volatile變量的讀寫具有原子性，但是volatile++並不是原子性的操作，實際上是分成了先 讀取volatile變量在執行+1在寫回，這個過程並不是原子性的操作。
鎖的語義，在鎖對應的代碼塊中，共享變量不是從本地局部變量讀取，而是直接從主內存中讀取，當鎖釋放的時候，共享變量直接寫回主內存，從這裏可以看出，鎖的語義與volatile的語義基本上相同。
synchronized語義，java中一般可以用synchronized來實現鎖的效果，具體形式爲：
- 普通的同步方法，鎖是當前對象
- 靜態同步方法，所示當前Class對象
- 同步代碼塊，所示synchronized括號裏面的對象
JVM中實現synchronized主要是通過進入和退出Monitor對象，基於monitorenter和monitorexit指令來實現，在java對象頭中MarkWord會有當前對象鎖的相關信息。
java中鎖一般有4中狀態，無鎖狀態,偏向鎖狀態,輕量級鎖狀態,重量級鎖狀態
鎖升級過程:
當程A訪問執行代碼並請求獲取對象鎖時，首先會比較當前線程ID與對象頭中偏向鎖的線程ID是否一致，如果一致，則表明當前線程A已經獲取到了鎖，繼續操作。如果不一致，則判斷對象頭中線程ID對應線程B是否存活，如果對應線程B不在存活，設置對象頭爲無鎖狀態，當前線程A獲取偏向鎖，並通過CAS設置對象頭偏向鎖線程ID爲當前線程A ID，如果線程B存活，判斷線程B是否需要繼續使用對象鎖，如果不需要，設置對象頭爲無鎖狀態，當前線程通過CAS設置對象頭偏向鎖線程ID，如果CAS設置失敗，表示有其他線程獲取鎖，升級爲偏向鎖。如果線程B不在需要當前鎖，則會將對象頭鎖設置爲無鎖狀態，線程A在執行獲取偏向鎖操作。
需要注意的是，偏向鎖不會主動釋放鎖，每次都是等另外線程來獲取鎖，纔會檢察之前的線程的偏向鎖是否需要釋放。
當線程A請求獲取偏向鎖時，線程B已經獲取了偏向鎖，且線程B存活並在使用鎖，這時候jvm暫停線程B，將對象頭鎖設置爲偏向鎖，同時在線程A,B棧幀中創建存儲鎖記錄的空間，並將對象頭中Mark Word複製到A,B鎖記錄中，並將對象頭中輕量級鎖指向線程B棧中鎖記錄指針，線程A自旋嘗試使用CAS將對象頭中的Mark Word中鎖記錄指針指向線程A的棧中鎖記錄指針，此時線程B已經獲取，失敗，線程A嘗試自旋來獲取鎖
但是不能一直自旋，自旋是在消耗CPU的，當自旋到一定程度，仍未獲取到鎖的時候，這時候就會升級爲重量級鎖，這時候線程B已經獲取了輕量級鎖，jvm會將對象頭中鎖標誌改爲重量級鎖，同時會阻塞當前在請求鎖但是沒有獲取到鎖的線程。這個時候嘗試獲取鎖的線程都會被阻塞，當持有鎖的線程釋放鎖之後會喚醒這些線程，開啓新的鎖的競爭。
正如開始提到的，線程上下文切換會消耗資源影響速度，重量級鎖鎖被阻塞和獲取鎖之後實際上發生了線程上下文切換，但是如果輕量級鎖一直自旋，CPU會一直自旋浪費。
悲觀鎖，樂觀鎖，公平鎖非公平鎖，獨佔鎖，共享鎖，可重入鎖，自旋鎖
在同步或者鎖的過程中，基於阻塞方式會產生線程上線文切換的開銷，隨着現代計算機的發展和硬件的進步，在硬件和系統層面增加了CAS（Compare And Swap)支持，解決讀-改-寫等原子性問題，提供原子性操作。
CAS操作比較著名的是ABA問題：線程1首先獲取變量X的值（A），這時候線程2通過CAS修改X的值爲B，然後又使用CAS修改X的值爲A，這時候線程1使用CAS修改X的值（A）爲M，這時候的A與剛開始獲取的值A不是同一個概念了。JDK中AtomicStampedReference給沒給變量的狀態值都增加了一個時間戳，這樣每次操作除了值還會比較時間戳變量是否一致