并发：多个线程（进程）竞争一个资源

并行：多个线程（进程）同时运行不同资源

线程和进程的关系简单地说，进程是一个容器，一个进程中可以容纳若干个线程，一个进程里面，至少有一个线程

跨系统的并发实现底层原理需要更好的机器来实现，不是跨系统的就是调用**操作系统的CAH**来实现，如下图所示

线程的状态

- 新建--就绪--运行--阻塞--等待---死亡
- 就绪队列、阻塞队列、等待队列

- 一个线程申请资源时，无法让其马上执行，而是先进入队列变为就绪态，然后等待资源分配，若马上就让其直接执行，会导致之前正在执行的进程中断、丢失

- 和操作人员交互多的指令，在运行时优先级越高、响应也越迅速

- 每个进程在CPU中分配的时间片是不同的，当该进程的时间片用完且该进程还没完成时就会中心进入就绪态，等待下一次执行，直到完成为止，同时，若一个进程在分配的时间还没用完就已经完成，此时CPU会马上切换任务，不会休息（比如进程A共需要5ms，但是cpu分配了10，此时在执行到5ms时，CPU便不再处理A，转而执行B），另外，只有没有任何进程时，CPU才会休息

- 不同的系统，每次为进程分配的时间片方式不同，一般是随机的，也有等长的，比如linux

- 在操作系统中，每个进程是否可以进入就绪、运行是靠优先级决定的，具体如何计算优先级每个系统的方法可能不一样，主要方法有优先级队列、等待响应比等

- 当一个进程的时间片用完，操作系统会记录此时的状态（即执行到哪里，也就是执行到的地址）和下一次执行时间，以便下一轮时间片到的时候可以继续执行

- 操作系统选中哪个线程去执行是不确定的，是随机的

- 进程执行完后进入死亡状态，时间片用完重新回到就绪态

- 阻塞队列：竞争枷锁资源失败的时候进程A就会进入阻塞队列，若某一刻被竞争的资源被正在占用的进程B释放，此时A又可以进去就绪队列竞争资源

- 等待队列：一个处于等待队列的进程A是不会自己接触等待状态的，只有当别人唤醒时，他才能进入就绪态去竞争资源，同时一个进程可以自己进入等待队列，正在执行的进程也可以自己进入等待队列

- 先进入就绪态的被先执行的概率越大，但不是百分之百，后进入就绪态的可能比先进入的更早执行

- 在线程完定义的变量，若需要出现在线程内，则该线程会默认的将该变量认为是final修饰的，此时若该变量是基本数据类型，则不能重新赋值，若是引用变量，则指向不能改变，但是内容可以改变

int a=10;
int[] arr = {0};
Thread x1 = new Thread(){a=100;	//错误@Overridepublic void run(){arr[0] = 100; 	//不报错，因为指向没有变}
};

在有多个线程时，main线程会最先执行，然后是剩下的线程平等的竞争CPU，每个线程之间都是互不等待的，例如：

- 在上述代码中，arr[0]大概率是0，因为main先执行，当x1与x2进入就绪态时，分配给main的时间片可能还未用完，便会直接执行输出，但这是大概率，也有可能在main线程未执行到输出时时间片用完，此时arr[0]就会改变
- 若此时，我们加上join，就会取消掉互不等待，

此时，x1执行完之后，x2才会执行，最后是输出，注意，x1.join()执行，只是让其之后的等待，但x2是在x1.join()之前进入的就绪态，所以此时并不会让x2线程中的内容停止执行，这时候就是竞争CPU了

- 从严格的物理上讲，同一时刻只能有一个线程对变量进行操作，但是当我们有了告诉缓存后，只有在第一次对其执行的时候需要占用总线，剩下的只需要在缓存中操作即可，大大加快了速度与并发效率，但是，特也产生了并发问题
  - 比如上述的两个线程对arr[0]进行+1操作，可能会有多种情况，但是最后arr[0]的结果只能是小于等于20000的，最小的结果是1
- 那么如何解决并发问题呢？
  - 锁机制
    - synchronized    重量级重入锁，
      - 当synchronized锁静态方法时，锁的是该方法，如果别人想要调用，就要先加锁，且每次调用都要加锁，想调用，就加锁

上下文切换

**多线程一定比单线程快吗？**

- 不一定，因为有上下文切换
- 在产生CPU浪费的情况下，多线程合适，无浪费的情况下，单线程合适
- 在执行的操作次数越多，多线程就越快，次数越少，单线程相比更快，如下图：

原因：因为线程有创建和上下文切换的开销

当执行的操作次数很少时，CPU的使用率与多线程时相差不多，但是多线程会有一个创建和上下文切换的开销，所以总的时间就会变长；当执行操作次数很多时，单线程就会因为IO的时间而导致CPU在这期间会“发呆”（没有操作来使用CPU），导致CPU的使用率大大降低，而多线程在出现IO时并不会等待IO的结束，而是会直接执行其他操作，只要该操作的CPU使用时间完成，就直接让下一个操作来占用CPU，此时CPU就会不间断的工作起来，不再休息

- 线程性能测量工具
  - 使用Lmbench3来测量上下文切换的时长
  - 使用vmstat可以测量上下文切换的次数
- 如何减少上下文切换的次数
  - 无锁并发编程：多线程竞争锁时，会引起上下文切换，所以多线程处理数据时，可以用一 些办法来避免使用锁，如将数据的ID按照Hash算法取模分段，不同的线程处理不同段的数据
  - CAS算法：Java的Atomic包使用CAS算法来更新数据，而不需要加锁
  - 使用最少线程数：避免创建不必要的线程。比如任务很少但是创建的线程很多
  - 协程
- 减少上下文切换的实战
  - 通过减少线上大量WAITING的线程，来减少上下文切换次数
    - 第一步：用jstack命令dump线程信息（jsatck指令）
    - 第二步：统计所有线程分别处于什么状态（grep指令）
    - 第三步：打开dump文件查看处于WAITING（onobjectmonitor）的线程在做什么
    - 第四步：减少JBOSS的工作线程数，找到JBOSS的线程池配置信息，将maxThreads降到 100
    - 第五步：重启JBOSS，再dump线程信息，然后统计WAITING（onobjectmonitor）的线程（WAITING的线程少了，系统上下文切换的次数就会少，因为每一次从 WAITTING到RUNNABLE都会进行一次上下文的切换）