并發(fā)性與多線程介紹

在過去單 CPU 時代，單任務在一個時間點只能執(zhí)行單一程序。之后發(fā)展到多任務階段，計算機能在同一時間點并行執(zhí)行多任務或多進程。雖然并不是真正意義上的“同一時間點”，而是多個任務或進程共享一個 CPU，并交由操作系統(tǒng)來完成多任務間對 CPU 的運行切換，以使得每個任務都有機會獲得一定的時間片運行。

隨著多任務對軟件開發(fā)者帶來的新挑戰(zhàn)，程序不在能假設獨占所有的CPU時間、所有的內(nèi)存和其他計算機資源。一個好的程序榜樣是在其不再使用這些資源時對其進行釋放，以使得其他程序能有機會使用這些資源。

再后來發(fā)展到多線程技術(shù)，使得在一個程序內(nèi)部能擁有多個線程并行執(zhí)行。一個線程的執(zhí)行可以被認為是一個 CPU 在執(zhí)行該程序。當一個程序運行在多線程下，就好像有多個 CPU 在同時執(zhí)行該程序。

多線程比多任務更加有挑戰(zhàn)。多線程是在同一個程序內(nèi)部并行執(zhí)行，因此會對相同的內(nèi)存空間進行并發(fā)讀寫操作。這可能是在單線程程序中從來不會遇到的問題。其中的一些錯誤也未必會在單 CPU 機器上出現(xiàn)，因為兩個線程從來不會得到真正的并行執(zhí)行。然而，更現(xiàn)代的計算機伴隨著多核CPU的出現(xiàn)，也就意味著不同的線程能被不同的 CPU 核得到真正意義的并行執(zhí)行。

如果一個線程在讀一個內(nèi)存時，另一個線程正向該內(nèi)存進行寫操作，那進行讀操作的那個線程將獲得什么結(jié)果呢？是寫操作之前舊的值？還是寫操作成功之后的新值？或是一半新一半舊的值？或者，如果是兩個線程同時寫同一個內(nèi)存，在操作完成后將會是什么結(jié)果呢？是第一個線程寫入的值？還是第二個線程寫入的值？還是兩個線程寫入的一個混合值？因此如沒有合適的預防措施，任何結(jié)果都是可能的。而且這種行為的發(fā)生甚至不能預測，所以結(jié)果也是不確定性的。

Java 的多線程和并發(fā)性

Java 是最先支持多線程的開發(fā)的語言之一，Java 從一開始就支持了多線程能力，因此 Java 開發(fā)者能常遇到上面描述的問題場景。這也是我想為 Java 并發(fā)技術(shù)而寫這篇系列的原因。作為對自己的筆記，和對其他 Java 開發(fā)的追隨者都可獲益的。

該系列主要關(guān)注 Java 多線程，但有些在多線程中出現(xiàn)的問題會和多任務以及分布式系統(tǒng)中出現(xiàn)的存在類似，因此該系列會將多任務和分布式系統(tǒng)方面作為參考，所以叫法上稱為“并發(fā)性”，而不是“多線程”。