基本概念

同步和異步

同步和異步通常是用來形容一次方法調用。

同步方法調用一旦開始，調用者必須等到方法返回才能繼續執行后續操作。

異步方法調用更像一個消息傳遞，一旦開始，方法調用就會立即返回，調用者就可以繼續后續的操作。異步方法通常會在另外一個線程中"真實"執行，整個過程不會影響調用者的工作。

舉例：到了飯點，我們點外賣，下單成功之后等待外賣小哥送餐。這就是同步調用。 不過，為了學習，我們在下單成功之后看了會《Java 從入門到放棄》書籍，邊等待外賣小哥送餐。這就是異步調用。

并發和并行

并發和并行兩個概念很容易被混淆。他們都可以表示兩個或者多個任務一起執行，但是偏重點有些不同。并發偏重于多個任務交替執行，而多個任務之間有可能還是串行的。而并行是真正意義上的"同時執行"。

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嚴格來說，并行的多個任務是真實的同時執行，而對于并發來說，這個過程值是交替執行。一會兒執行A，一會兒執行B，系統會不停地在兩者間切換。但是對于外部觀察者來說，即使多個任務之間是串行并發的，也會造成多任務間是并行執行的錯覺。

舉例：三個人同時吃三個蘋果，這句是并行。而一個吃三個蘋果，這就是并發，他需要來回切換。

臨界區

臨界區用來表示一種公共資源或者說是共享數據，可以被多個線程使用。但是每一次，只能有一個線程使用它，一旦臨界區資源被占用，其他線程想要使用這個資源，則必須等待。

舉例：會議室開會，當有人正在使用會議室，而這個時候你又想要使用這個會議室，就必須等他們會議結束才能使用。

阻塞和非阻塞

阻塞和非阻塞通常是用來形容多線程間的相互影響。比如當臨界區資源被占用時，那么其他需要需要使用這個臨界區資源的線程就必須等待，等待會導致線程掛起，這種情況就是阻塞。非阻塞的意思與之相反，它強調沒有一個線程可以妨礙其他線程執行。

死鎖、饑餓、和活鎖

死鎖、饑餓和活鎖都屬于多線程的活躍性問題。

死鎖：多個進程對公共資源的相互競爭，導致循環等待的現象。比如：A->B->C->A，互相競爭，循環等待。

饑餓：指某一個線程或者多個線程因為某種原因無法獲得所需要的資源，導致一直無法執行。比如：線程優先級低，導致高優先級的線程不斷搶占它需要的資源，導致低優先級的線程無法工作。舉例：在自然界中，母鳥喂食。由于雛鳥很多，而食物有限，雛鳥之間的事務競爭可能非常厲害，小雛鳥因為經常搶不到食物，有可能會被餓死。

活鎖：活鎖恰恰與死鎖相反，死鎖是大家都拿不到資源都占用著對方的資源，而活鎖是拿到資源卻又相互釋放不執行。當多線程中出現了相互謙讓，都主動將資源釋放給別的線程使用，這樣這個資源在多個線程之間跳動而又得不到執行，這就是活鎖。舉例：兩個人迎面走來時，有時候因為有事比較急，而為了快速通過會避讓對方先行。恰好對方也為了能快速通過禮讓你先行，結果撞上了。于是乎，都意識到了這個問題，希望盡快避讓對方，你向右他向左，結果又撞上了。

并發級別

由于臨界區的存在，多線程之間的并發必須收到控制。根據控制并發的策略對并發的級別進行分類，大致為阻塞，無饑餓，無障礙、無鎖、無等待。

阻塞

一個線程是阻塞的，那么在其他線程釋放資源之前，當前線程無法繼續執行。當使用 Synchronized 關鍵字或者重入鎖時，我們得到的就是阻塞線程。

無饑餓

如果線程之間是有優先級的，那么線程調度的時候總是會傾向于滿足高優先級的線程。也就是說，對于同一個資源的分配，是不公平的。那就出現了公平和非公平兩種情況。對于非公平鎖來說，系統允許優先級高的線程插隊。這樣有可能導致優先級低的線程產生饑餓。但如果鎖是公平的，滿足先來后到，那么接就不會產生，不論新來的線程優先級高低，想要獲得資源就必須乖乖排隊，那么所有的線程都有機會執行。

無障礙

無障礙是一種最弱的非阻塞調度。兩個線程如果是無障礙的執行，那么他們不會因為臨界區的問題導致一方被掛起。換言之，大家都可以大搖大擺地進入臨界區了。對于無障礙的線程來說，一旦檢測到數據被修改壞了，它會立即對自己所做的修改進行回滾，確保數據的安全。

如果說阻塞的控制方式是悲觀策略，那么非阻塞的調度就是一種樂觀的策略。它任務多個線程之間很有可能不會發生沖突，或者說這種概率不大。因此大家都應該無障礙的執行，但是一旦檢測到沖突，就應該進行回滾。但是無障礙的多線程程序并不一定能夠順暢的運行，因為當臨界區中存在嚴重的沖突時，所有的線程可能都會不斷地回滾自己的操作，而沒有一個線程可以走出臨界區。這種情況會影響系統的正常執行。所有，我們希望在這一堆線程中，至少有一個線程能夠在有效的時間內完成自己的操作，從而退出臨界區。至少這樣可以保證系統不會在臨界區中進行無線的等待。

一種可行的無障礙實現可以依賴一個"一致性標記"來實現。線程在操作之前，線程讀取并保存這個標記，在操作完成后，在此讀取，檢查這個標記是否被更改過，如果兩者是一致的，則的說明資源訪問沒有沖突。如果不一致，則說明資源可能在操作過程中與其他線程沖突，需要重試操作。

無鎖

無鎖的并行都是無障礙的。在無鎖的情況下，所有的線程都能嘗試對臨界區進行訪問，但是不同的是，無鎖的并發保證必然有一個線程能夠在有限步內完成操作離開臨界區。

無等待

無鎖只要求有一個線程可以在有限步內完成操作，而無等待則是在無鎖的基礎上更進一步進行擴展。它要求所有的線程都必須在有限步內完成，這樣就不會引起饑餓問題。如果限制這個步驟上限，還可以進一步分解為有界無等待和線程數無關的無等待幾種，他們之間的區別只是對循環次數的限制不同。