Java 并发0

http://tutorials.jenkov.com/java-concurrency/concurrency-models.html

单核-单任务-多任务

“并发”并不仅仅指多线程，还可以是多任务，分布式系统。

多线程的好处：

更好的系统资源利用；相近的设计；更好地响应速度。

多线程的代价：

复杂的设计；上下文切换开销；线程自身的资源消费。

并发模型

并发模型指定系统中的线程怎么合作完成给定的任务，不同的模型有不同的划分任务，线程间通信和合作的方式。

Parallel Workers



Assembly Line



Functional Parallelism

Concurrency vs. Parallelism

并发（concurrency）：同时处理多个（不相关的）task，比如在单核cpu上，做不到同时“执行”多个task，但可以同时“处理”多个task。

并行(parallelism)：将一个task分成多个subtask同时执行，在单核cpu上是无法并行的。

一个应用可以只并发不并行，只并行不并发，既不并行也不并发，既并发也并行。

并发是逻辑上的同时进行，并行侧重物理上的同时进行。

（distributed）分布式在并行处理的基础上，强调正在执行任务的物理设备，如处理器、内存等等硬件，在物理上是分开的。

Creating and Starting Java Threads

调用Thread的start()方法会最终调用run()方法。

public void run() {
        if (target != null) {
            target.run();
        }
    }

所以，重写Thread的run方法或者在Thread的构造方法中传入Runnable实例都可以。

注意，执行调用Thread的start方法才会开启新的线程。如果直接调用run()方法，run中的代码也会被执行，但就不在新的线程中执行了，而是在创建该Thread实例的线程中执行。

public class ThreadExample {

  public static void main(String[] args){
    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    for(int i=0; i<10; i++){
      new Thread("" + i){
        public void run(){
          System.out.println("Thread: " + getName() + " running");
        }
      }.start();
    }
  }
}

注意，上面例子中，尽管是按1，2，3等的顺序start的Thread的，但被执行的顺序不一定是这个顺序，jvm或者操作系统决定到底哪个线程被执行，与它们start的顺序无关。

Race Conditions and Critical Sections

一个程序内，多个线程各跑各的并不会产生问题，只有访问共享资源（内存，文件，数据库，webservice)时，严格说是同时“读”时，才会导致问题。

race condition:当2个线程访问同样的资源，对资源的访问顺序能导致不同的结果，这种情形被称为“竞争条件”。

critical section:导致race condition的代码，称为critical section。

在critical section上使用恰当的线程同步机制可以避免race condition。

Thread Safety and Shared Resources

被多线程访问的代码是安全的代码称为线程安全的。线程安全的代码不会发生race condition。

local variable ,在当前线程栈中，是线程安全的。

local object reference , 只在创建它的线程中使用，传递是线程安全的，如果传递给了别的线程，就不安全了。

If a resource is created, used and disposed within
the control of the same thread,
and never escapes the control of this thread,
the use of that resource is thread safe.

注意，要区分一个对象是资源本身还是只是对资源的引用，如果只是对资源的引用，那即使对象是安全的，实际上还是不安全的。

Thread Safety and Immutability

race condition发生在当多个线程访问共享资源，且更新资源的情况下，那如果资源是不可更改的，即 immutability的，那就自然而然线程安全了。

public class ImmutableValue{

  private int value = 0;

  public ImmutableValue(int value){
    this.value = value;
  }

  public int getValue(){
    return this.value;
  }
}

因为value的值是通过构造函数传递进去的，没有set方法，其值是不可被改变的。

public class ImmutableValue{

  private int value = 0;

  public ImmutableValue(int value){
    this.value = value;
  }

  public int getValue(){
    return this.value;
  }

  
      public ImmutableValue add(int valueToAdd){
      return new ImmutableValue(this.value + valueToAdd);
      }
  
}

add方法是通过创建并返回了一个新的对象，并不是在原来对象基础上add的。

public class Calculator{
  private ImmutableValue currentValue = null;

  public ImmutableValue getValue(){
    return currentValue;
  }

  public void setValue(ImmutableValue newValue){
    this.currentValue = newValue;
  }

  public void add(int newValue){
    this.currentValue = this.currentValue.add(newValue);
  }
}

注意，通过immutable达到线程安全时，如果类是immutable，但对类的使用不一定是线程安全的，如上例，可以通过关键字synchronized来搞定这种情况。

Java Memory Model

基础类型的local variable存放在thread stack中

对象存放在共享的heap中，对象的引用存放在thread stack中

调用对象的方法，方法中的local variable存放在thread stack中

对象的member variable,不管是primary type 还是object，都随对象存放在heap中

只有local variable存放在thread stack中



能产生上图的代码：

public class MyRunnable implements Runnable() {

    public void run() {
        methodOne();
    }

    public void methodOne() {
        int localVariable1 = 45;

        MySharedObject localVariable2 =
            MySharedObject.sharedInstance;

        //... do more with local variables.

        methodTwo();
    }

    public void methodTwo() {
        Integer localVariable1 = new Integer(99);

        //... do more with local variable.
    }
}

public class MySharedObject {

    //static variable pointing to instance of MySharedObject

    public static final MySharedObject sharedInstance =
        new MySharedObject();

    //member variables pointing to two objects on the heap

    public Integer object2 = new Integer(22);
    public Integer object4 = new Integer(44);

    public long member1 = 12345;
    public long member1 = 67890;
}

（以后写代码看代码，要想象下它们在内存中的位置）

Hardware Memory Architecture

当左边的cpu改变了obj.count的值后，没有flush back到 main memory，那右边的cpu就不知道这个值改变了，也就是对其是不可见的。可以使用volatile关键字，使直接从main memory读和直接写。



上图发生了race condition，可以使用synchronized代码块避免，synchronized代码块可以保证同一时刻只有一个线程能访问critical section，而且是直接从main memory读取，当thread退出critical section时，将所有更新的variable flush back to main memory，不管变量所否是volatile的。