基本概念

同步和異步

同步和異步通常是用來形容一次方法調(diào)用。

同步方法調(diào)用一旦開始，調(diào)用者必須等到方法返回才能繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)操作。

異步方法調(diào)用更像一個消息傳遞，一旦開始，方法調(diào)用就會立即返回，調(diào)用者就可以繼續(xù)后續(xù)的操作。異步方法通常會在另外一個線程中"真實"執(zhí)行，整個過程不會影響調(diào)用者的工作。

舉例：到了飯點，我們點外賣，下單成功之后等待外賣小哥送餐。這就是同步調(diào)用。 不過，為了學(xué)習(xí)，我們在下單成功之后看了會《Java 從入門到放棄》書籍，邊等待外賣小哥送餐。這就是異步調(diào)用。

并發(fā)和并行

并發(fā)和并行兩個概念很容易被混淆。他們都可以表示兩個或者多個任務(wù)一起執(zhí)行，但是偏重點有些不同。并發(fā)偏重于多個任務(wù)交替執(zhí)行，而多個任務(wù)之間有可能還是串行的。而并行是真正意義上的"同時執(zhí)行"。

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嚴(yán)格來說，并行的多個任務(wù)是真實的同時執(zhí)行，而對于并發(fā)來說，這個過程值是交替執(zhí)行。一會兒執(zhí)行A，一會兒執(zhí)行B，系統(tǒng)會不停地在兩者間切換。但是對于外部觀察者來說，即使多個任務(wù)之間是串行并發(fā)的，也會造成多任務(wù)間是并行執(zhí)行的錯覺。

舉例：三個人同時吃三個蘋果，這句是并行。而一個吃三個蘋果，這就是并發(fā)，他需要來回切換。

臨界區(qū)

臨界區(qū)用來表示一種公共資源或者說是共享數(shù)據(jù)，可以被多個線程使用。但是每一次，只能有一個線程使用它，一旦臨界區(qū)資源被占用，其他線程想要使用這個資源，則必須等待。

舉例：會議室開會，當(dāng)有人正在使用會議室，而這個時候你又想要使用這個會議室，就必須等他們會議結(jié)束才能使用。

阻塞和非阻塞

阻塞和非阻塞通常是用來形容多線程間的相互影響。比如當(dāng)臨界區(qū)資源被占用時，那么其他需要需要使用這個臨界區(qū)資源的線程就必須等待，等待會導(dǎo)致線程掛起，這種情況就是阻塞。非阻塞的意思與之相反，它強(qiáng)調(diào)沒有一個線程可以妨礙其他線程執(zhí)行。

死鎖、饑餓、和活鎖

死鎖、饑餓和活鎖都屬于多線程的活躍性問題。

死鎖：多個進(jìn)程對公共資源的相互競爭，導(dǎo)致循環(huán)等待的現(xiàn)象。比如：A->B->C->A，互相競爭，循環(huán)等待。

饑餓：指某一個線程或者多個線程因為某種原因無法獲得所需要的資源，導(dǎo)致一直無法執(zhí)行。比如：線程優(yōu)先級低，導(dǎo)致高優(yōu)先級的線程不斷搶占它需要的資源，導(dǎo)致低優(yōu)先級的線程無法工作。舉例：在自然界中，母鳥喂食。由于雛鳥很多，而食物有限，雛鳥之間的事務(wù)競爭可能非常厲害，小雛鳥因為經(jīng)常搶不到食物，有可能會被餓死。

活鎖：活鎖恰恰與死鎖相反，死鎖是大家都拿不到資源都占用著對方的資源，而活鎖是拿到資源卻又相互釋放不執(zhí)行。當(dāng)多線程中出現(xiàn)了相互謙讓，都主動將資源釋放給別的線程使用，這樣這個資源在多個線程之間跳動而又得不到執(zhí)行，這就是活鎖。舉例：兩個人迎面走來時，有時候因為有事比較急，而為了快速通過會避讓對方先行。恰好對方也為了能快速通過禮讓你先行，結(jié)果撞上了。于是乎，都意識到了這個問題，希望盡快避讓對方，你向右他向左，結(jié)果又撞上了。

并發(fā)級別

由于臨界區(qū)的存在，多線程之間的并發(fā)必須收到控制。根據(jù)控制并發(fā)的策略對并發(fā)的級別進(jìn)行分類，大致為阻塞，無饑餓，無障礙、無鎖、無等待。

阻塞

一個線程是阻塞的，那么在其他線程釋放資源之前，當(dāng)前線程無法繼續(xù)執(zhí)行。當(dāng)使用 Synchronized 關(guān)鍵字或者重入鎖時，我們得到的就是阻塞線程。

無饑餓

如果線程之間是有優(yōu)先級的，那么線程調(diào)度的時候總是會傾向于滿足高優(yōu)先級的線程。也就是說，對于同一個資源的分配，是不公平的。那就出現(xiàn)了公平和非公平兩種情況。對于非公平鎖來說，系統(tǒng)允許優(yōu)先級高的線程插隊。這樣有可能導(dǎo)致優(yōu)先級低的線程產(chǎn)生饑餓。但如果鎖是公平的，滿足先來后到，那么接就不會產(chǎn)生，不論新來的線程優(yōu)先級高低，想要獲得資源就必須乖乖排隊，那么所有的線程都有機(jī)會執(zhí)行。

無障礙

無障礙是一種最弱的非阻塞調(diào)度。兩個線程如果是無障礙的執(zhí)行，那么他們不會因為臨界區(qū)的問題導(dǎo)致一方被掛起。換言之，大家都可以大搖大擺地進(jìn)入臨界區(qū)了。對于無障礙的線程來說，一旦檢測到數(shù)據(jù)被修改壞了，它會立即對自己所做的修改進(jìn)行回滾，確保數(shù)據(jù)的安全。

如果說阻塞的控制方式是悲觀策略，那么非阻塞的調(diào)度就是一種樂觀的策略。它任務(wù)多個線程之間很有可能不會發(fā)生沖突，或者說這種概率不大。因此大家都應(yīng)該無障礙的執(zhí)行，但是一旦檢測到?jīng)_突，就應(yīng)該進(jìn)行回滾。但是無障礙的多線程程序并不一定能夠順暢的運(yùn)行，因為當(dāng)臨界區(qū)中存在嚴(yán)重的沖突時，所有的線程可能都會不斷地回滾自己的操作，而沒有一個線程可以走出臨界區(qū)。這種情況會影響系統(tǒng)的正常執(zhí)行。所有，我們希望在這一堆線程中，至少有一個線程能夠在有效的時間內(nèi)完成自己的操作，從而退出臨界區(qū)。至少這樣可以保證系統(tǒng)不會在臨界區(qū)中進(jìn)行無線的等待。

一種可行的無障礙實現(xiàn)可以依賴一個"一致性標(biāo)記"來實現(xiàn)。線程在操作之前，線程讀取并保存這個標(biāo)記，在操作完成后，在此讀取，檢查這個標(biāo)記是否被更改過，如果兩者是一致的，則的說明資源訪問沒有沖突。如果不一致，則說明資源可能在操作過程中與其他線程沖突，需要重試操作。

無鎖

無鎖的并行都是無障礙的。在無鎖的情況下，所有的線程都能嘗試對臨界區(qū)進(jìn)行訪問，但是不同的是，無鎖的并發(fā)保證必然有一個線程能夠在有限步內(nèi)完成操作離開臨界區(qū)。

無等待

無鎖只要求有一個線程可以在有限步內(nèi)完成操作，而無等待則是在無鎖的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步進(jìn)行擴(kuò)展。它要求所有的線程都必須在有限步內(nèi)完成，這樣就不會引起饑餓問題。如果限制這個步驟上限，還可以進(jìn)一步分解為有界無等待和線程數(shù)無關(guān)的無等待幾種，他們之間的區(qū)別只是對循環(huán)次數(shù)的限制不同。

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總結(jié)

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