走进Java并发编程01

前言

本系列文章作为学习笔记，记录了博主向并发包进攻的过程。

在此，我假设本文读者已经掌握了Java的基本编码，如果是大学生，至少Java的课程要通过；如果是培训学员，至少需要学完SE部分。虽然影响不大，但是如果对Spring，或者至少Java Web有一定了解和编码经验，应该会对阅读有所帮助（我可能会举一些网站相关的例子）。

本文夹杂大量个人理解，错误不可避免，非常欢迎评论指正。

正文

第一章 ：假如没有juc……

2004年9月30日18:00PM，J2SE1.5发布，成为Java语言发展史上的又一里程碑。为了表示该版本的重要性，J2SE1.5更名为Java SE 5.0。——via 维基百科

前置知识：JSR——Java Specification Requests的缩写，意思是Java 规范提案。是指向JCP(Java Community Process)提出新增一个标准化技术规范的正式请求。

JSR166完成（同样也是J2SE1.5发布）之后，Java程序员发现，除了Thread类、Runnable接口外，Java引入了大量的API，极大的丰富了Java在多线程编程的能力。

让我们从已掌握的知识开始，先忘掉java.util.concurrent，复习一下基础的概念：线程/进程/并发/并行，还有我们的老朋友Thread/Runnable/synchronized/volatile。

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第一节：进程与线程。

在提到线程和进程之前，推荐一篇有趣的文章：
《我是一个CPU：这个世界慢！死！了！ 》
（阅读前需要对计算机的基本组成有一定了解，至少要明白SSD、CPU的L1L2缓存是什么。）

如果将一颗2.6GHz频率，一个逻辑核心的CPU（这个性能在现在可以说是很低了，主流的i7-8700K有6个物理核心，通过Intel的超线程技术让系统认为有12个逻辑核心，最高睿频4.7GHz）执行每个指令的时间放大到一秒，那么从内存中读取1MB 需要7.5天，从SSD上的随机读取需要用4.5天，从SSD读取1MB需要一个月，而HDD的磁盘寻址需要10个月，连续读取1MB需要20个月！

我们设想一个场景。你打开一台一个逻辑核心的电脑，登录QQ，同时打开IDEA开始编写代码，在你眼里QQ和IDEA是同时运行着的程序。但是在CPU的眼里，QQ和IDEA需要CPU来执行的操作其实是轮流着来的，只是它切换的速度太快，你感受不到！

CPU其实一直不断的在加载QQ的上下文（内存、显卡、硬盘等资源）→执行QQ→保存QQ的上下文→加载IDEA的上下文…

好，我们引申出概念：

1.什么是进程？

“计算机中已运行程序的实体，分配资源的基本单位。”

我们编写的程序，只是指令（比如做加法）、数据（比如一个整数1）和组织形式（比如某个数组，是按顺序排的一系列元素）的描述，当我们下达运行它的命令时，才会产生进程。操作系统按进程为单位分配资源，这些资源包括一片内存、操作系统描述符（所谓文件句柄/文件描述符），安全特性以及CPU状态（视是否在运行存储在寄存器/内存中）等。

总结：进程是一个单位，我们下达运行程序命令时，就可以向操作系统申请领取“一个进程的”大礼包，包含了一段时间内的一部分计算机资源。

2.什么是线程？

“操作系统调度的最小单位”。
在此不对OS这门课做展开，不讨论内核态用户态线程。

我们再设想一个场景。你从操作系统领取了大礼包，它包含了一部分的时间（我感觉生命在流逝）和一部分的计算机资源。但是现在你的代码里需要打开硬盘上的某个文件，或者更过分的是等待某个网络请求（还记得150ms在CPU的眼里是12.5年吗？）……

这是一种严重的浪费！在这个礼包、甚至之后的好多礼包给的时间内，你创建的进程什么都没有做，白白的浪费了系统资源，时间一到CPU就切换到了别的程序，这极大的影响了程序的执行效率。

这时候如果我能把进程拆分为一个个部分，由它们共享这些资源；当第一个部分需要等待某个耗时较长的操作时，其他部分也可以在这份时间里利用这份资源，岂不美哉？

总结：线程是一个更小的单位，“一个进程”的资源，可以由多个“线程”共享，免得出现资源浪费。

3.什么是并发，什么是并行？

Erlang之父简单的介绍了它们的区别：

串行是一个队列一台咖啡机，如果有人匹到了一把Dota，过了一个小时打完回来接咖啡，后面的人都得必须等着；
并发是两个队列用一台咖啡机，咖啡机在处理两个队列的人的状态中不断切换，在逻辑上这台咖啡机可以同时处理两个队列；
并行则是两个队列用两台咖啡机，有两台咖啡机在同一个时间点处理两个队列，注意，是真正意义上、物理上的同时，这也是多逻辑核心CPU的模型！