摘要：并發(fā)編程的核心是為了提高電腦資源的利用率，因為現(xiàn)代操作系統(tǒng)都是多核的，可以同時跑多個線程。合理配置線程池，密集型任務配置少數(shù)線程池如個數(shù)，密集型任務配置多一點的線程池如個數(shù)，其次是使用有界隊列即使發(fā)現(xiàn)錯誤。

并發(fā)編程的核心是為了提高電腦資源的利用率，因為現(xiàn)代操作系統(tǒng)都是多核的，可以同時跑多個線程。那么是不是線程越多越好？ 由于線程的切換涉及上下文的切換，所謂上下文就是線程運行時需要的資源，系統(tǒng)要分配給它消耗時間。所以為了減少上下文的切換，我們有以下幾種方法：

CAS算法

協(xié)程，單線程里實現(xiàn)多任務調(diào)度

避免創(chuàng)建不需要的線程因此

協(xié)程和線程區(qū)別：每個線程OS會給它分配固定大小的內(nèi)存(一般2MB)來存儲當前調(diào)用或掛起的函數(shù)的內(nèi)部變量，固定大小的棧意味著內(nèi)存利用率很低或有時面對復雜函數(shù)無法滿足要求，協(xié)成就實現(xiàn)了可動態(tài)伸縮的棧(最小2KB，最大1GB).其二OS線程受操作系統(tǒng)調(diào)度，調(diào)度時要將當前線程狀態(tài)存到內(nèi)存，將另一個線程執(zhí)行指令放到寄存器，這幾步很耗時。Go調(diào)度器并非硬件調(diào)度器，而是Go語言內(nèi)置的一中機制，因此goroutine調(diào)度時則不需要切換上下文。

Java并發(fā)機制的底層實現(xiàn)原理，java代碼編譯成字節(jié)碼后加載到JVM中，JVM執(zhí)行字節(jié)碼最終轉化成匯編命令在CPU上運行，因此Java所使用的并發(fā)機制依賴JVM的實現(xiàn)和CPU指令。Java大部分并發(fā)容器和框架都依賴于volatile和原子操作的實現(xiàn)原理。

volatile：被volatile修身的變量在進行寫操作時會多出一行以Lock為前綴的匯編代碼，Lock前綴的指令在多核處理器下執(zhí)行兩件事情，1.將當前處理器緩存行(緩存可分配的最小單元)的數(shù)據(jù)寫入到系統(tǒng)內(nèi)2.寫回內(nèi)存的操作使其它處理器地址為該緩存的內(nèi)存無效。這兩條保證了所謂的可見性

原子操作的實現(xiàn)：首先看一看處理器是如何實現(xiàn)原子操作的，有兩核CPU1和CPU2，兩個處理器同時對數(shù)據(jù)i進行操作，CPU采取總線鎖使得一個數(shù)據(jù)不能同時被多個處理器操作。大概原理就是使用處理器提供的一個LOCK信號，一個處理器在總線上輸出此信號時另一個處理器的請求被阻塞住。這樣會導致別的處理器不能處理其它內(nèi)存地址的數(shù)據(jù)，因為總線鎖開銷比較大出現(xiàn)了緩存鎖，使得CPU1修改緩存行1中數(shù)據(jù)時若使用了緩存鎖定，那么CPU2就不能再緩存該緩存。處理器提供了一系列命令支持這兩種機制，如BTS，XADD等，被這些指令操作的內(nèi)存區(qū)域就會加鎖，使其它處理器不能同時訪問。

Java之間通過共享內(nèi)存進行通信，處理器和編譯器為了提高性能會對指令進行重排序，這在單線程情況下不會發(fā)生異常，但是在多線程下就會造成結果的不一致

int a=0;
public int calculate(){
    a=1;  1 
    boolean flag=true;  2
    if(flag){ 
        return a*a;
    }
    return 0;
}

現(xiàn)有兩個線程執(zhí)行這段代碼，線程A執(zhí)行時對指令進行了重排序先制行 2 在執(zhí)行 1，在中間線程B插入了進來此時a=1值還沒被寫入導致返回結果為0發(fā)生錯誤。

處理器遵循as-if-serial語義，即不管如何重排序結果不變，但是多線程情況下會出現(xiàn)錯誤

為了避免重排序，Java引入了volatile變量，使得語句在操作被volatile修飾的變量時禁止指令重排序。在執(zhí)行指令時插入內(nèi)存屏障也就是這個目的，最關鍵的是volatile的讀/寫內(nèi)存語義如下

寫語義：寫一個volatile變量時會把線程對應本地內(nèi)存的值刷新到主存中

讀語義：讀一個volatile變量時會把本地內(nèi)存的值設置為無效，從主存中讀

volatile的缺陷在于改這個動作是不完全的，因此又提出了CAS機制，CAS會使用處理器提供的機器級別的原子命令(CMPXCHG)，原子執(zhí)行讀-改-寫操作。Java concurrent包中一個通用化的實現(xiàn)模式就是結合兩者，步驟如下

聲明共享變量為volatile

使用CAS實現(xiàn)線程間的同步和通信，(自旋樂觀鎖，性能大大提升)

線程池的核心作用就是維護固定的幾個線程，有任務來的時候直接使用避免創(chuàng)建/銷毀線程導致的額外開銷。 線程池執(zhí)行流程如下：

提交任務-->核心線程池已滿？ 是 提交任務到消息隊列--->隊列已滿？ 是 按指定策略執(zhí)行
                          否 創(chuàng)建線程執(zhí)行任務                否 加進隊列

了解了線程池的原理最重要的就是如何是去使用它，而使用的關鍵就是參數(shù)的設置。

       public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }
        

以上是ThreadPoolExecutor的構造函數(shù)，我們逐一看一看各參數(shù)的含義

corePoolSize 一直維護的線程數(shù)

maximumPoolSize 最大線程數(shù)

keepAliveTime 多余線程存活的時間(實際線程數(shù)比corePool多的那部分)

workQueue 存儲線程的隊列，可選擇ArrayBlockingQueue等

threadFactory 創(chuàng)建線程時的用到的工廠，可通過自定義工廠創(chuàng)建更有意義的線程名稱

handler 隊列滿時采取的策略 有AbortPolicy(直接拋出異常)/CallerRunsPolicy(只用調(diào)用者所在的線程執(zhí)行)等等

提交線程池有兩個方法，一個是submit這個不需要返回值，一個是submit會返回一個future對象，并通過future的get()方法獲取返回值(該方法會阻塞直到線程完成任務)。

合理配置線程池，CPU密集型任務配置少數(shù)線程池如N(CPU個數(shù))+1，I/O密集型任務配置多一點的線程池如2N(CPU個數(shù))，其次是使用有界隊列即使發(fā)現(xiàn)錯誤。

在HotSpot VM的線程模型中，Java線程被一對一的映射成本地操作系統(tǒng)的線程，操作系統(tǒng)會調(diào)度線程把它們分配給可用的CPU。在上層Java通過用戶級調(diào)度器Executor將任務映射為幾個線程，在下層操作系統(tǒng)內(nèi)核將這些線程映射到硬件處理器上面。

Executor的出現(xiàn)將任務與如何執(zhí)行任務分離開了，避免了每創(chuàng)建一個線程就要執(zhí)行它。Executor的整個架構有一下幾個要點

實現(xiàn)了Runnable和Callable的對象可提交到Executor運行

可返回Future獲取線程執(zhí)行后的返回值

內(nèi)部維護一個線程池(上面介紹的)來處理提交過來的任務

Executor最核心的就是ThreadPoolExecutor，下面介紹以下以及各自使用場景

FixedThreadPool 固定線程個數(shù)，用于高負載的服務器，滿足資源的管理需求

SingleThreadPool 單個線程,保證順序的執(zhí)行任務

CachedThreadPool 大小無界的線程池，使用負載比較輕的服務器

ScheduledThreadPoolExecutor 后臺周期執(zhí)行任務