Java 入门指南：初识 Java 并发编程

何为并发编程

并发编程是指在程序中同时执行多个任务的一种编程方式。它通常用于提高程序的性能和响应时间。

在传统的单线程编程模型中，每次只能执行一个任务，当任务阻塞或耗时较长时，整个程序会变得缓慢。而并发编程则可以通过同时执行多个任务来提高程序的效率。

并发编程可以通过多线程、多进程或者异步编程来实现。

多线程：指在同一个程序中同时创建多个线程，每个线程执行不同的任务。
多进程：指在操作系统中同时创建多个进程，在每个进程中执行不同的任务。
异步编程：一种基于事件驱动的编程模式，通过非阻塞的方式处理多个任务。

在并发编程中，需要考虑到线程安全性、资源共享、同步机制等问题。同时，也要避免常见的并发编程问题，比如死锁、竞态条件等。

并发编程在许多领域都有应用，比如网络编程、数据库访问、图形界面等。它可以让程序更高效地利用计算资源，并提供更好的用户体验。但同时也要注意处理并发带来的复杂性和挑战。

Java并发编程

Java 提供了丰富的并发编程支持。以下是一些 Java 并发编程的核心概念和相关类：

线程（Thread）：线程是操作系统调度的最小单位，Java 提供 Thread 类和 Runnable 接口用于创建和管理线程。
同步（Synchronization）：在并发编程中，为了确保多个线程之间的安全访问共享资源，使用同步机制是很重要的。Java 提供了关键字 synchronized 和 locks 接口实现的 锁机制，用于控制对共享资源的访问。
线程池（ThreadPool）：线程池是一组预先创建的线程，用于处理任务，可以重复使用线程以减少创建和销毁线程的开销。Java 提供了 Executor 和 ExecutorService 接口以及 ThreadPoolExecutor 类来实现线程池。
并发集合（Concurrent Collections）：Java 提供了一些线程安全的集合类，例如 ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue、BlockingQueue 等，用于在并发环境中安全地访问和修改集合中的数据。
原子变量（Atomic Variables）：Java 提供了一些原子变量类，如 AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean 等，用于在多线程环境中进行原子操作，避免了使用锁机制造成的开销。
锁（Locks）：除了 synchronized 关键字外，Java 还提供了显式锁机制，即 Lock 接口和它的实现类（如 ReentrantLock）用于实现更细粒度的线程同步和控制。
并发工具类（Concurrent Utilities）：Java 提供了许多并发工具类，如 CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore、Exchanger 等，用于帮助协调和控制多个线程之间的同步和通信。

进程，是对运行时程序的封装，是系统进行资源调度和分配的基本单位，实现了操作系统的并发。

线程，是进程的子任务，是 CPU 调度和分派的基本单位，实现了进程内部的并发。

在编写 Java 并发程序时，需要注意线程安全性、死锁、竞态条件等问题，并合理使用以上提到的并发编程工具和技术来保证程序的正确性和效率。

基本概念

进程与线程

进程

进程（Process）：进程是计算机中正在运行的程序的实例。它是操作系统分配系统资源的基本单位，包括程序代码、数据、打开的文件、内存空间、进程状态等。

每个进程都有独立的内存空间和资源，彼此之间相互隔离、互不影响。进程之间通常通过进程间通信（IPC）机制进行数据交换和通信。

任一时刻，CPU 总是运行一个进程，其他进程处于非运行状态。主线程的结束会导致进程的结束，进程使用内存地址可以限定使用量

线程

线程（Thread）：线程是进程中的一个执行单元，是 CPU 调度的最小单位。一个进程可以包含多个线程，在同一进程内的线程共享相同的内存空间和资源。

线程之间通过共享内存来进行通信，可以更高效地进行数据交换。线程拥有独立的栈空间，但共享进程的堆空间。

二者的联系

线程和进程是相关且互相依赖的概念，可以说线程是进程的执行单元。

在一个程序运行时，操作系统会创建一个进程来承载程序的执行。进程作为操作系统分配资源的基本单位，每个进程都有独立的内存空间、文件资源、处理器等。

而在一个进程内部，可以有多个线程同时执行。线程是进程内的执行单元，可以看作是进程的一个分支。在一个进程下的多个线程共享相同的内存空间，包括代码段、数据段和堆段等。因此，线程之间可以直接访问和共享进程的资源和数据。

线程的创建、销毁和切换的开销远小于进程，所以多线程的并发执行比创建多个进程来实现并发更高效。多线程可以提高程序的效率和响应时间，因为多个线程可以同时执行不同的任务。

然而，多线程的同时执行也带来了一些问题，如线程之间共享数据的同步、避免竞态条件和死锁等。因此，在多线程编程中需要使用同步机制（如锁）和线程之间的通信机制（如等待/通知机制）来确保线程之间的安全协作。

二者的区别

进程是操作系统进行资源分配的基本单位，而线程是操作系统进行调度的基本单位，即 CPU 分配时间的单位。
资源分配：每个进程都有独立的资源分配，包括内存空间、文件句柄等；而线程是在进程内部共享资源的，包括内存和文件等。
线程切换和创建销毁开销：线程是轻量级的，创建和销毁线程开销相对较小，只需要保存寄存器和栈信息。

而创建和销毁进程开销相对较大，不仅需要保存寄存器和栈信息，还需要资源的分配回收以及页调度。同时，线程的切换也比进程的切换开销要小。
通信和同步：线程之间可以更方便地进行通信和同步，共享数据更直接；而进程之间需要通过特定较为复杂的通信机制进行数据交换。
安全性：线程共享内存，需要避免竞态条件和数据不一致等并发问题，一个线程崩溃可能影响整个程序的稳定性

而进程相互独立，不会受到其他进程的影响。进程单独占有一定的内存地址空间，一个进程出现问题不会影响其他进程，不影响主程序的稳定性，安全性相对较高。