並行基礎概念
1.同步與異步
- 同步synchronous：方法一旦開始調用，調用者必須等到方法返回後，才能繼續後續的行爲。比如先做飯、後炒菜。
- 異步asynchronous：方法開始調用後，調用者可以進行後續操作，等待方法返回結果使用。比如做飯時進行炒菜動作。
2.併發與並行
2者都可以標識多個任務一起執行。
- 併發偏重於多個任務交替執行，但有可能是串行的。
- 並行即同時開始執行。
3.臨界區
表示一種公共資源或者共享數據，可以被多個線程來使用，但是每一次只能有一個線程使用。一旦被佔用，下一個使用者必須等待佔用結束。比如一臺打印機，在打印的A同時，後面的B必須等待前面的A結束。
4.阻塞和非阻塞
用來形容多線程間的相互影響。當一個線程佔用了臨界區的資源，那麼所有需要該資源的線程都必須在這個臨界區中等待。這樣導致線程掛起，進入阻塞狀態。非阻塞強調沒有線程妨礙其他線程執行。
5.死鎖、飢餓、活鎖
- 死鎖，即線程之間互相把持着對方需要的資源，無法進行後續執行陷入死鎖狀態。
- 飢餓，即某些線程一直無法獲取繼續執行下去的資源，導致程序無法執行。在線程優先級太低、某些線程一直佔據資源的情況下可能出現，這就需要特別的控制算法。
- 活鎖，當線程之間保持謙讓原則，則可能互相釋放自己的資源給對方使用，使得資源來回跳轉沒有任一線程獲取足夠資源，導致都無法繼續執行下去。
6.併發級別
- 阻塞
阻塞線程在無法獲取足夠資源之前無法執行。使用synchronized、重入鎖在等待臨界區資源時該線程就爲阻塞掛起，直到獲取足夠資源爲止。 - 無飢餓
線程之間存在優先級，則資源會優先滿足給優先級高的線程，那麼優先級低的線程容易進入飢餓。如果鎖是公平的，滿足先來後到，那麼就不會出現飢餓。 - 無障礙
是一種最弱的非阻塞調度，線程之間不會因臨界區資源而被掛起。線程會一起進入臨界區，當存在數據競爭時，無障礙線程會回滾自己的操作，否則繼續執行直到結束。阻塞控制方式可以稱爲悲觀策略，一旦線程之間發生衝突，便以保護共享數據爲第一優先級。非阻塞可稱爲樂觀策略，認爲線程之間不會或者概率很小發生衝突；線程進行無障礙執行，但一旦發現衝突便應該回滾。可使用“一致性標記”來實現無障礙執行，操作前獲取、保存該標記，操作結束後再次獲取並檢查是否一致，一致則無衝突，否則反之需要回滾重新進行。 - 無鎖
無鎖的並行是無障礙的，這時所有線程均能訪問臨界區，但是需保證必然有一個線程能夠在有限步內完成操作離開臨界區。 - 無等待
要求所有線程均能在有限步內完成，而不引起飢餓問題。控制步驟上限也可分爲有界無等待、線程數無關的無等待。RCU（Read-Copy-Update）便是無等待的：對數據的讀不進行控制，但在寫數據時先獲取原始數據副本，只修改副本數據，之後在合適的時機回寫數據。
7.原子性
指一個操作是不可中斷的，即便多個線程一起執行，一個操作一旦開始就不會被其他線程干擾。比如一個static int變量，多個線程同時進行賦值，則賦值唯一不可中斷。但是long類型在32位系統下不是原子性的，因爲long有64位。
8.可見性
指當一個線程修改了某一個共享變量的值，其他線程是否能夠立即知道這個修改。緩存優化、硬件優化、指令重排、編輯器優化等都有可能導致可見性問題。
9.有序性
在同一個線程內，代碼是依次執行的。但在併發時，程序的執行可能會出現亂序，進行指令重排。指令重排保證串行語義一致，但在多線程間的語義一致沒有保證。
以下原則是指令重排無法違背的：
- 程序順序原則：一個線程內保證語義的串行性
- volatile規則：volatile變量的寫，先發生於讀，保證了volatile變量的可見性
- 鎖規則：解鎖必然發生在隨後的加鎖前，如果對一個鎖解鎖後，再加鎖，那麼加鎖的動作絕對不能重排到解鎖動作之前。否則無法獲得該鎖。
- 傳遞性：A先於B，B先於C，那麼A必然先於C
- 線程的star（）方法先於它的每一個動作
- 線程的所有操作先於線程的終結（Thread.join（））
- 線程的中斷（interrupt）先於被中斷線程的代碼
- 對象的構造函數執行、結束先於finalize（）方法