并發處理的廣泛應用是Amdahl定律代替摩爾定律成為計算機性能發展源動力的根本原因，也是人 類壓榨計算機運算能力的最有力武器，
主流的作業系統都提供了執行緒實作，Java語言則提供了在不同硬體和作業系統平臺下對執行緒操作的統一處理，每個已經呼叫過start()方法且還未結束的java.lang.Thread類的實體就代表著一個執行緒，Thread類與大部分的Java類別庫API有著顯著差別，它的所有關鍵方法都被宣告為Native，在 Java類別庫API中，一個Native方法往往就意味著這個方法沒有使用或無法使用平臺無關的手段來實作，
執行緒的實作
執行緒是比行程更輕量級的調度執行單位，執行緒的引入，可以把一個行程的資源分配和執行調度分開，各個執行緒既可以共享行程資源（記憶體地址、檔案I/O等），又可以獨立調度，
實作執行緒主要有三種方式：使用內核執行緒實作（1：1實作），使用用戶執行緒實作（1：N實作）， 使用用戶執行緒加輕量級行程混合實作（N：M實作），Java虛擬機的執行緒模型普遍都被替換為基于作業系統原生執行緒模型來實作，即采用1：1的執行緒模型，
1.內核執行緒實作
使用內核執行緒實作的方式也被稱為1：1實作，內核執行緒（Kernel-Level Thread，KLT）就是直接由作業系統內核（Kernel，下稱內核）支持的執行緒，這種執行緒由內核來完成執行緒切換，內核通過操縱調度器（Scheduler）對執行緒進行調度，并負責將執行緒的任務映射到各個處理器上，每個內核執行緒可以視 為內核的一個分身，這樣作業系統就有能力同時處理多件事情，支持多執行緒的內核就稱為多執行緒內核 （Multi-Threads Kernel），
2.用戶執行緒實作
用戶執行緒實作的方式被稱為1：N實作，廣義上來講，一個執行緒只要不是內核執行緒，都可以認為是用戶執行緒（User Thread，UT）的一種，因此從這個定義上看，輕量級行程也屬于用戶執行緒，但輕量級行程的實作始終是建立在內核之上的，許多操作都要進行系統呼叫，因此效率會受到限制，并不具備通常意義上的用戶執行緒的優點，
3.混合實作
將內核執行緒與用戶執行緒一 起使用的實作方式，被稱為N：M實作，在這種混合實作下，既存在用戶執行緒，也存在輕量級行程， 用戶執行緒還是完全建立在用戶空間中，因此用戶執行緒的創建、切換、析構等操作依然廉價，并且可以支持大規模的用戶執行緒并發，
Java執行緒的實作
Java虛擬機的執行緒模型基于作業系統原生執行緒模型來實作，每一個Java執行緒都是直接映射到一個作業系統原生執行緒來實作的，而且中間沒有額外的間接結構，所以Java虛擬機自己是不會去干涉執行緒調度的（可以設定執行緒優先級給作業系統提供調度建議），全權交給底下的作業系統去處理，所以何時凍結或喚醒執行緒、該給執行緒分配多少處理器執行時間、該把執行緒安排給哪個處理器核心去執行等，都是由作業系統完成的，也都是由作業系統全權決定的，
作業系統支持怎樣的執行緒模型，在很大程度上會影響上面的Java虛擬機的執行緒是怎樣映射的，執行緒模型只對執行緒的并發規模和操作成本產生影響，對Java程式的編碼和運行程序來說，這些差異都是完全透明的，
Java執行緒調度
執行緒調度是指系統為執行緒分配處理器使用權的程序，Java使用的執行緒調度方式就是搶占式調度，調度主要方式有兩種：
1.協同式 （Cooperative Threads-Scheduling）執行緒調度：
使用協同式調度的多執行緒系統，執行緒的執行時間由執行緒本身來控制，執行緒把自己的作業執行完了之后，要主動通知系統切換到另外一個執行緒上去，協同式多執行緒的最大好處是實作簡單，而且由于執行緒要把自己的事情干完后才會進行執行緒切換，切換操作對執行緒自己是可知的，所以一般沒有什么 執行緒同步的問題，它的壞處也很明顯：執行緒執行時間不可控制，甚至如果一個執行緒的代碼撰寫有問題，一直不告知系統進行執行緒切換，那么程式就會一直阻塞在那里，
2.搶占式（Preemptive Threads-Scheduling）執行緒調度
使用搶占式調度的多執行緒系統，那么每個執行緒將由系統來分配執行時間，執行緒的切換不由 程本身來決定，譬如在Java中，有Thread::yield()方法可以主動讓出執行時間，但是如果想要主動獲取執行時間，執行緒本身是沒有什么辦法的，在這種實作執行緒調度的方式下，執行緒的執行時間是系統可控的，也不會有一個執行緒導致整個行程甚至整個系統阻塞的問題，
Java執行緒狀態
Java語言定義了6種執行緒狀態，在任意一個時間點中，一個執行緒只能有且只有其中的一種狀態，并 且可以通過特定的方法在不同狀態之間轉換，這6種狀態分別是：
新建（New）：創建后尚未啟動的執行緒處于這種狀態，
運行（Runnable）：包括作業系統執行緒狀態中的Running和Ready，也就是處于此狀態的執行緒有可 能正在執行，也有可能正在等待著作業系統為它分配執行時間，
無限期等待（Waiting）：處于這種狀態的執行緒不會被分配處理器執行時間，它們要等待被其他執行緒顯式喚醒，以下方法會讓執行緒陷入無限期的等待狀態：
- 沒有設定Timeout引數的Object::wait()方法；
- 沒有設定Timeout引數的Thread::join()方法；
- LockSupport::park()方法，
限期等待（Timed Waiting）：處于這種狀態的執行緒也不會被分配處理器執行時間，不過無須等待被其他執行緒顯式喚醒，在一定時間之后它們會由系統自動喚醒，以下方法會讓執行緒進入限期等待狀態：
- 設定了Timeout引數的Object::wait()方法；
- 設定了Timeout引數的Thread::join()方法；
- LockSupport::parkNanos()方法；
- LockSupport::parkUntil()方法，
阻塞（Blocked）：執行緒被阻塞了，“阻塞狀態”與“等待狀態”的區別是“阻塞狀態”在等待著獲取到 一個排它鎖，這個事件將在另外一個執行緒放棄這個鎖的時候發生；而“等待狀態”則是在等待一段時 間，或者喚醒動作的發生，在程式等待進入同步區域的時候，執行緒將進入這種狀態，
結束（Terminated）：已終止執行緒的執行緒狀態，執行緒已經結束執行，
上述6種狀態在遇到特定事件發生的時候將會互相轉換，
執行緒狀態轉換關系
Java執行緒優先級
雖然說Java執行緒調度是系統自動完成的，但是我們仍然可以“建議”作業系統給某些執行緒多分配一點執行時間，另外的一些執行緒則可以少分配一點——這項操作是通過設定執行緒優先級來完成的，
Java 語言一共設定了10個級別的執行緒優先級（Thread.MIN_PRIORITY至Thread.MAX_PRIORITY），在兩個執行緒同時處于Ready狀態時，優先級越高的執行緒越容易被系統選擇執行， 不過，執行緒優先級并不是一項穩定的調節手段，很顯然因為主流虛擬機上的Java執行緒是被映射到系統的原生執行緒上來實作的，所以執行緒調度最侄訓是由作業系統說了算，盡管現代的作業系統基本都提供執行緒優先級的概念，但是并不見得能與Java執行緒的優先級一一對應，
Java守護執行緒
執行緒可分為兩種：普通執行緒和守護執行緒，在JVM啟動時創建的所有執行緒中，除了主執行緒以外，其他的執行緒都是守護執行緒（例如垃圾回收器以及其他執行輔助作業的執行緒），你希望創建一個執行緒來執行一些輔助作業，但又不希望這個執行緒阻礙JVM的關閉，在這種情況下就需要使用守護執行緒（Daemon Thread)，
/**
* 通過呼叫Thread.setDaemon(true)將執行緒設定為守護執行緒
*
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(new DaemonRunner(), "DaemonRunner");
//Daemon屬性需要在啟動執行緒之前設定，不能在啟動執行緒之后設定，
thread.setDaemon(true);
thread.start();
}
static class DaemonRunner implements Runnable {
@Override
public void run() {
try {
System.out.println("run，，，，，，，，，，，，，");
} finally {
//不一定會執行
System.out.println("DaemonThread finally run.");
}
}
}
復制代碼當創建一個新執行緒時，新執行緒將繼承創建它的執行緒的守護狀態，因此在默認情況下，主執行緒創建的所有執行緒都是普通執行緒， 普通執行緒與守護執行緒之間的差異僅在于當執行緒退出時發生的操作，當一個執行緒退出時，JVM會檢查其他正在運行的執行緒，如果這些執行緒都是守護執行緒，那么JVM會正常退出操作， 當JVM停止時，所有仍然存在的守護執行緒都將被拋棄——不一定會執行finally代碼塊， 我們應盡可能少地使用守護執行緒——很少有操作能夠在不進行清理的情況下被安全地拋棄，特別是，如果在守護執行緒中執行可能包含I/O操作的任務，那么將是一種危險的行為，守護執行緒最好用于執行“內部”任務，例如周期性地從記憶體的快取中移除逾期的資料，
執行緒開銷
單執行緒程式既不存在執行緒調度，也不存在同步開銷，而且不需要使用鎖來保證資料結構的一致性，在多個執行緒的調度和協調程序中都需要一定的性能開銷：對于為了提升性能而引入的執行緒來說，并行帶來的性能提升必須超過并發導致的開銷，
背景關系切換
如果主執行緒是唯一的執行緒，那么它基本上不會被調度出去，另一方面，如果可運行的執行緒數大于CPU的數量，那么作業系統最侄訓將某個正在運行的執行緒調度出來，從而使其他執行緒能夠使用CPU，這將導致一次背景關系切換，在這個程序中將保存當前運行執行緒的執行背景關系，并將新調度進來的執行緒的執行背景關系設定為當前背景關系，
切換背景關系需要一定的開銷，而在執行緒調度程序中需要訪問由作業系統和JVM共享的資料結構，應用程式、作業系統以及JVM都使用一組相同的CPU，但背景關系切換的開銷并不只是包含JVM和作業系統的開銷，當一個新的執行緒被切換進來時，它所需要的資料可能不在當前處理器的本地快取中，因此背景關系切換將導致一些快取缺失，因而執行緒在首次調度運行時會更加緩慢，這就是為什么調度器會為每個可運行的執行緒分配一個最小執行時間，即使有許多其他的執行緒正在等待執行：它將背景關系切換的開銷分攤到更多不會中斷的執行時間上，從而提高整體的吞吐量（以損失回應性為代價）， 當執行緒由于等待某個發生競爭的鎖而被阻塞時，JVM通常會將這個執行緒掛起，并允許它被交換出去，如果執行緒頻繁地發生阻塞，那么它們將無法使用完整的調度時間片，在程式中發生越多的阻塞（包括阻塞I/O，等待獲取發生競爭的鎖，或者在條件變數上等待），與CPU密集型的程式就會發生越多的背景關系切換，從而增加調度開銷，并因此而降低吞吐量，背景關系切換的實際開銷會隨著平臺的不同而變化，在大多數通用的處理器中，背景關系切換的開銷也就是幾微秒，
阻塞
競爭的同步可能需要作業系統的介入，從而增加開銷，當在鎖上發生競爭時，競爭失敗的執行緒肯定會阻塞，JVM在實作阻塞行為時，可以采用自旋等待（Spin-Waiting，指通過回圈不斷地嘗試獲取鎖，直到成功）或者通過作業系統掛起被阻塞的執行緒，這兩種方式的效率高低，要取決于背景關系切換的開銷以及在成功獲取鎖之前需要等待的時間，如果等待時間較短，則適合采用自旋等待方式，而如果等待時間較長，則適合采用執行緒掛起方式，有些JVM將根據對歷史等待時間的分析資料在這兩者之間進行選擇，但是大多數JVM在等待鎖時都只是將執行緒掛起， 當執行緒無法獲取某個鎖或者由于在某個條件等待或在I/O操作上阻塞時，需要被掛起，在這個程序中將包含兩次額外的背景關系切換，以及所有必要的作業系統操作和快取操作：被阻塞的執行緒在其執行時間片還未用完之前就被交換出去，而在隨后當要獲取的鎖或者其他資源可用時，又再次被切換回來，（由于鎖競爭而導致阻塞時，執行緒在持有鎖時將存在一定的開銷：當它釋放鎖時，必須告訴作業系統恢復運行阻塞的執行緒，）
執行緒風險
安全性問題
執行緒安全性可能是非常復雜的，在沒有充足同步的情況下，多個執行緒中的操作執行順序是不可預測的，甚至會產生奇怪的結果，由于多個執行緒要共享相同的記憶體地址空間，并且是并發運行，因此它們可能會訪問或修改其他執行緒正在使用的變數，當然，這是一種極大的便利，因為這種方式比其他執行緒間通信機制更容易實作資料共享，但它同樣也帶來了巨大的風險：執行緒會由于無法預料的資料變化而發生錯誤，當多個執行緒同時訪問和修改相同的變數時，將會在串行編程模型中引入非串行因素，而這種非串行性是很難分析的，要使多執行緒程式的行為可以預測，必須對共享變數的訪問操作進行協同，這樣才不會在執行緒之間發生彼此干擾，幸運的是，Java提供了各種同步機制來協同這種訪問，
活躍性問題
在串行程式中，活躍性問題的形式之一就是無意中造成的無限回圈，從而使回圈之后的代碼無法得到執行，執行緒將帶來其他一些活躍性問題死鎖，饑餓，以及活鎖，與大多數并發性錯誤一樣，導致活躍性問題的錯誤同樣是難以分析的，因為它們依賴于不同執行緒的事件發生時序，因此在開發或者測驗中并不總是能夠重現，
死鎖
當一個執行緒永遠地持有一個鎖，并且其他執行緒都嘗試獲得這個鎖時，那么它們將永遠被阻塞，在執行緒A持有鎖L并想獲得鎖M的同時，執行緒B持有鎖M并嘗試獲得鎖L，那么這兩個執行緒將永遠地等待下去，這種情況就是最簡單的死鎖形式（或者稱為“抱死[DeadlyEmbrace]”)，其中多個執行緒由于存在環路的鎖依賴關系而永遠地等待下去，
饑餓
當執行緒由于無法訪問它所需要的資源而不能繼續執行時，就發生了“饑餓（Starvation)”， 引發饑餓的最常見資源就是CPU時鐘周期，如果在Java應用程式中對執行緒的優先級使用不當，或者在持有鎖時執行一些無法結束的結構（例如無限回圈，或者無限制地等待某個資源），那么也可能導致饑餓，因為其他需要這個鎖的執行緒將無法得到它，
活鎖
活鎖（Livelock)是另一種形式的活躍性問題，該問題盡管不會阻塞執行緒，但也不能繼續執行，因為執行緒將不斷重復執行相同的操作，而且總會失敗，活鎖通常發生在處理事務訊息的應用程式中：如果不能成功地處理某個訊息，那么訊息處理機制將回滾整個事務，并將它重新放到佇列的開頭，如果訊息處理器在處理某種特定型別的訊息時存在錯誤并導致它失敗，那么每當這個訊息從佇列中取出并傳遞到存在錯誤的處理器時，都會發生事務回滾，由于這條訊息又被放回到佇列開頭，因此處理器將被反復呼叫，并回傳相同的結果，雖然處理訊息的執行緒并沒有阻塞，但也無法繼續執行下去，這種形式的活鎖通常是由過度的錯誤恢復代碼造成的，因為它錯誤地將不可修復的錯誤作為可修復的錯誤，
執行緒安全
當多個執行緒同時訪問一個物件時，如果不用考慮這些執行緒在運行時環境下的調度和交替執行，也不需要進行額外的同步，或者在呼叫方進行任何其他的協調操作，呼叫這個物件的行為都可以獲得正確的結果，那就稱這個物件是執行緒安全的，
它要求執行緒安全的代碼都必須具備一個共同特征：代碼本身封裝了所有必要的正確性保障手段（如互斥同步等），令呼叫者無須關心多執行緒下的呼叫問題，更無須自己實作任何措施來保證多執行緒環境下的正確呼叫，
Java中的執行緒安全
將Java語言中各種操作共享的資料分為以下五類：不可變、絕對執行緒安全、相對執行緒安全、執行緒兼容和執行緒對立，
1.不可變 （Immutable）：不可變的物件一定是執行緒安全的，無論是物件的方法實作還是方法的呼叫者，都不需要再進行任何執行緒安全保障措施，Java語言中，如果多執行緒共享的資料是一個基本資料型別，那么只要在定義時使用final關鍵字修飾它就可以保證它是不可變的，
當滿足以下條件時，物件才是不可變的：
- 物件創建以后其狀態就不能修改，
- 物件的所有域都是final型別
- 物件是正確創建的（在物件的創建期間，this參考沒有選出）
2.絕對執行緒安全 ：不管運行時環境如何，呼叫者都不需要任何額外的同步措施
3.相對執行緒安全 ：相對執行緒安全就是我們通常意義上所講的執行緒安全，它需要保證對這個物件單次的操作是執行緒安全的，我們在呼叫的時候不需要進行額外的保障措施，但是對于一些特定順序的連續呼叫，就可能需 要在呼叫端使用額外的同步手段來保證呼叫的正確性，
4.執行緒兼容 ：執行緒兼容是指物件本身并不是執行緒安全的，但是可以通過在呼叫端正確地使用同步手段來保證物件在并發環境中可以安全地使用，
5.執行緒對立 ：執行緒對立是指不管呼叫端是否采取了同步措施，都無法在多執行緒環境中并發使用代碼，由于Java語言天生就支持多執行緒的特性，執行緒對立這種排斥多執行緒的代碼是很少出現的，而且通常都是有害的，應當盡量避免，
執行緒安全的實作方法
1.互斥同步（Mutual Exclusion & Synchronization）
互斥同步是一種最常見也是最主要的并發正確性保障手段，也被稱為阻塞同步（Blocking Synchronization），同步是指在多個執行緒并發訪問共享資料時，保證共享資料在同一個時刻只被一條（或者是一些， 當使用信號量的時候）執行緒使用，而互斥是實作同步的一種手段，臨界區（Critical Section）、互斥量 （Mutex）和信號量（Semaphore）都是常見的互斥實作方式，因此在“互斥同步”這四個字里面，互斥 是因，同步是果；互斥是方法，同步是目的，在Java里面，互斥同步手段就是synchronized關鍵字和重入鎖（ReentrantLock）
2.非阻塞同步
互斥同步面臨的主要問題是進行執行緒阻塞和喚醒所帶來的性能開銷，互斥同步屬于一種悲觀的并發策略，無論共享的資料是否會出現競爭，它都會進行加鎖（這里討論的是概念模型，實際上虛擬機會優化掉很大一部分不必要的加鎖），這將會導致用戶態到核心態轉換、維護鎖計數器和檢查是否有被阻塞的執行緒需要被喚醒等開銷，
隨著硬體指令集的發展：用底層的原子機器指令（例如比較并交換指令）代替鎖來確保資料在并發訪問中的一致性，這種樂觀并發策略的實作不再需要把執行緒阻塞掛起，因此這種同步操作被稱為非阻塞同步（Non-Blocking Synchronization），使用這種措施的代碼也常被稱為無鎖（Lock-Free） 編程，從Java5.0開始，可以使用原子變數類（例如AtomicInteger和AtomicReference)來構建高效的非阻塞演算法，
3.無同步方案
要保證執行緒安全，也并非一定要進行阻塞或非阻塞同步，同步與執行緒安全兩者沒有必然的聯系， 同步只是保障存在共享資料爭用時正確性的手段，如果能讓一個方法本來就不涉及共享資料，那它自然就不需要任何同步措施去保證其正確性，一種避免使用同步的方式就是不共享資料，這種技術被稱為執行緒封閉（ThreadConfinement)，它是實作執行緒安全性的最簡單方式之一，Java可以通過java.lang.ThreadLocal類來實作執行緒本地存盤的功能，
能夠寫出高性能、高伸縮性的并發程式是一門藝術，而了解并發在系統底層是如何實作的，則是掌握這門藝術的前提條件
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