线程概要 Java

线程

进程和线程的区别

1. 串行：初期的计算机只能串行执行任务，大量时间等待用户输入
2. 批处理：预先将用户的指令集中成清单，批量串行处理用户指令，仍然无法并发执行
3. 进程：进程独占内存空间，保存各自运行状态，互相之间不相互干扰，为并发处理任务提供了可能、
4. 线程：共享进程的内存资源，相互间切换状态，支持更细细度的控制

进程是资源分配的最小单位，线程是CPU资源分配的基本单位

• 所有与进程相关的资源，都被记录在PCB中
• 进程是抢占处理机的调度单位；线程属于某个进程，共享其资源
• 线程只有堆栈寄存器、程序计数器和TCB组成
  

• 线程不能看做独立的应用，而进程可以看做独立的应用
• 进程有独立的地址空间，相互之间不影响，线程只是进程的不同执行路径
• 线程没有独立的地址空间，多进程的程序比多线程的程序更加健壮
• 进程的切换比线程的切换开销大

Java进程和线程的关系

• Java对操作系统提供功能的封装，包含进程和线程
• 运行一个程序会产生一个进程，进程至少包含一个线程
• 每个进程对应一个JVM实例，多个线程共享JVM里的堆
• Java采用单线程模型编程，程序会自动创建主进程

Sleep和Wait的区别

• sleep是Thread类的方法，wait是Object类定义的方法
• sleep可以在任何方法中使用，wait方法需要获取到锁才能使用也就是sychronized中使用

主要区别

• sleep会让出CPU，不会导致锁行为的改变
• Object.wait不仅会让出锁，还会释放同步资源

synchronized底层实现原理

• Monitor：每个Java对象天生有个Monito锁

• Monitor锁的竞争和释放
  

• 早期版本的synchronized使用操作系统的Mutex Lock；

• 用户态切换到系统态很慢

自旋锁与自适应锁

自旋锁

• 许多情况下，共享资源占用的时间是很短的，切换线程不值得
• 通过让线程执行忙循环等待锁的释放，不让出CPU
• 缺点：如果线程占用锁的时间过长，会带来性能上的开销

自适应锁

• 自旋的次数不在固定
• 由前一次在同一个锁上的自旋次数及锁拥有者的状态来决定

锁消除

• 在JIT期间，消除程序中不可能出现锁竞争代码锁申请的锁

锁粗化

消除对同一方法中同时多次加锁

锁膨胀

无锁→偏向锁→轻量锁→重量锁

一般情况下是不可退化的

偏向锁

核心思想：

​ 如果一个线程获得了锁，锁进入偏向模式，此时Mark Word的结构也变为偏向结构，当该线程再次请求锁时，无需在做任何同步操作，即获取锁的过程中只需要检查Mark Word的锁标记位为偏向锁以及当前线程的ID等于Mark Word的Thread ID即可，可以省去大量申请锁的时间

轻量锁

核心思想：

​ 轻量级锁是有偏向锁膨胀而来，在一个线程进入同步块的情况下，另外一个线程也进入同步块，发生锁争用就会转为轻量级锁

若存在多个线程竞争同步块，会膨胀为重量锁

锁	优点	缺点	使用范围
偏向锁	加锁和解锁不需要采用CAS操作，没有额外的性能消耗，和执行非同步方法相比仅差纳秒级	如果线程之间存在锁的竞争，会带来额外的消耗	只有一个线程访问同步块或者同步代码的情况
轻量锁	竞争的线程不阻塞，提高了响应速度	若线程长时间抢不到锁，自旋会影响CPU性能	线程交替执行同步代码或者同步方法的情况
重量锁	线程竞争不会自旋，不会消耗CPU	线程阻塞，响应时间缓慢，在多线程的情况下，频繁的获取释放锁，会带来巨大的性能消耗	追求吞吐量，同步块或者同步时间较长的场景

锁的内存定义

​ 当线程释放锁时，Java内存模型会把线程对应的本地内存变量刷新到主内存中

​ 而当线程获取锁时，Java内存模型会把线程获取的主内存空间设置为无效，从而使得被监视器保护的临界区代码必须从主内存中读取共享变量

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