引言

现如今大部分处理器都拥有多个核心，单线程程序无法充分发挥硬件性能。同时在实际的互联网应用中，高并发的场景随处可见：电商APP的抢购、社交平台信息的及时推送、大数据系统的批量处理等。本文将从Java开发的角度，记录和梳理并发编程相关的知识点。

多线程

多线程是指在一个程序中同时运行多个线程，这些线程共享程序的内存空间（如全局变量、方法区）但是拥有各自独立的线程栈和程序计数器。在进行多线程开发的时候需要注意几个问题：

线程安全：多个线程同时对共享资源进行操作时，可能出现错误。例如多个线程同时处理用户下单的请求，可能出现线程A读取库存为10，线程B也读取库存为10，随后两者都执行库存减1的操作，最终库存变为9而不是8。
线程间通信：进程间需要协作完成一项任务时，需要通过一定的方法实现线程间通信。例如线程A创建订单，线程B负责同步订单信息安排发货。每当有订单创建时，需要通过通信机制告知线程B及时处理，同时也需要避免没有订单时线程B空等。
线程管理：多线程的管理核心是线程生命周期管控：创建线程需分配资源，频繁创建销毁会消耗系统开销；线程切换（上下文切换）会保存/恢复线程状态，切换过频会拖累性能；还需避免线程泄漏（创建后未正常销毁）、线程数量失控（过多线程抢占资源）等问题。

线程安全

JMM模型

JAVA的内存模型提供了一套规则，用于解决多线程并发的安全问题，核心处理的问题有三点：

可见性：一个线程修改共享变量时，其他线程可以立刻看到最新值
原子性：操作要么完全执行，要么完全不执行，没有中间状态
有序性：程序执行顺序与代码编写顺序一致（避免编译器/CPU为优化而重排指令，导致并发时逻辑错乱）

保证线程安全的方法

synchronized

synchronized 关键字可以用来同步代码块或者方法，确保同一时间只有一个线程可以访问这些代码。从Java语义来说，synchronized锁定的是对象的监视器（Monitor），每一个Java对象天生关联一个Monitor，线程需要获取Monitor才能执行同步代码，因此本质上是通过Monitor来实现锁竞争与互斥。从物理存储的实现来看，Monitor的持有状态会记录在对象头中（如Mark Word字段），通过修改对象头的标记来标识当前锁的所有者、锁状态（偏向锁/轻量级锁/重量级锁）。

volatile

volatile关键字用于变量，核心作用是保证变量的可见性和有序性，但是不能保证原子性。

可见性：线程修改volatile修饰的变量后，会立刻刷新到主存中，同时令其他线程缓存中的该变量副本过期，再次读取时需要从主存中加载最新值。
有序性：volatile关键字会禁止编译器和CPU重排与之相关的指令，确保代码执行顺序和编写顺序一致。但是，它仍无法解决符合操作的原子性问题，仍可能存在符合操作被其他线程打断的问题。

Java线程的状态

线程状态	核心说明
NEW	线程已创建但未调用 `start()` 方法，尚未启动执行。
RUNNABLE	线程调用 `start()` 后进入，包含“就绪”（等待CPU调度）和“运行中”（正在执行）两种状态。
BLOCKED	线程因竞争同步锁（如 `synchronized`）被阻塞，等待锁释放。
WAITING	线程通过 `wait()`、`join()` 等方法主动等待，需其他线程通知（`notify()`）才能唤醒。
TIMED_WAITING	线程通过 `sleep(long)`、`wait(long)` 等方法限时等待，超时后自动唤醒。
TERMINATED	线程执行完毕（`run()` 方法结束）或异常终止，生命周期结束。