Java并发编程（一）并发的概念

并发是什么？

顾名思义，同时发生，一起行动。单纯从Java上讲，并发是个一个thread类，它通过集成这个类，获得对应的api，提高程序的运行效率。不过这里暂时不讲和代码有关的事物，我们先为什么会诞生并发开始讲。

这里会引入一个新的词叫摩尔定律，“每隔18个月到24个月，计算机的性能会翻一倍”。这条定律持续了半个世纪之久，在此期间，计算机的能力也正如定律所描述的一样，不断的倍增。但是在几十年前，这条定律有点不管用了。你可以很简单的看作为，我们不再能够制造出性能更好的芯片，单核的能力已经很难再往上升了，所以在21世纪初，人们开始把多个芯片集成起来，企图用数量的增长去代替质量的不足，thread类，也正因此走进了程序员的视野。复杂的并发远远比单核的串行困难的多，所以，程序员的噩梦来了。

并发一定优于串行吗？

这里可以很直接的告诉大家，并发在大多数的情况下都优于串行。

举一个例子：

小明被告知明天要上台演讲，而小明今晚开始到明天要做的事情为

吃饭（半小时）—>洗澡（半小时）—>构思并撰写演讲稿（1.5+1.5=3小时）—>睡觉（8小时）

我们可以通过面向对象的编程写出代码，其预计的执行时间为12小时，而引入的并行这个方式，让小明可以边吃饭边思考，边洗澡边思考，让其撰写演讲稿的时间减少一小时

这样最后的执行时间就变成了11小时，但是呢，无论增加多少线程，都只能让小明的构思时间减少1.5小时，其吃饭洗澡睡觉的时间是无法被改变的，也就是说，极限时间为10.5小时。

从上面的例子可以得出，并行在绝大多数的情况下都优于串行。少数情况下和串行是没有区别的。这里先不谈特殊情况下出现的并行比串行更差劲的事例，因为这并没有太多意义。要记住，我们是面向对象编程。

所以，学会怎么利用并行，在当今，显得是多么的重要。

这里不得不提到关于并行这个概念，所拥有的三大特性

三大特性

原子性

顾名思义，具有原子的特性，无法被分割。在程序中可以看作为，这个操作不可被中断，各个线程想要执行这个操作也得一个一个来。

可见性

可见性的意思就是，我们所执行的操作，是可见的。就像我们写一段代码

1
2
3

a=1;
a=2;
b=a;

程序就会把a赋值为1，b赋值为2。这看上去貌似很寻常，因为在串行的情况下运行时，可以永远保持可见性。

而在并行情况下运行时，却不一定可见，例如：

//线程1
i = 0;
i = 2;
 
//线程2
j = i;

在线程1和线程2一起运行之时，你并不能确定，此时的j到底取值是多少，因为此时的i是在两个线程之间共享的，它可以是0，也可以是2，这样对我们并不可见。但我们也可以深挖其中的原理。

可见性

先看图示，我们的在定义了值为0之后，就会被写入到主内存，而我们在多个线程取i的值的时候，首先会把i加入到本地的缓存当中，读取值就从缓存中读取，因为这样多个线程就不会总从主内存读取，从而提高读取的效率，但是我们在更改了i的值的时候因为有一个线程嗅探的机制，一旦改了i的值，比如a线程修改了i的值后，就会向所有的线程发出一个警告，告诉所有线程i的值已经被更改了，需要重新从主内存中读取。但是呢，发出这样一个信息也是需要时间的，线程b也会因为时间差的关系导致了不能及时获得最新的值。

有序性

这里会讲到一个新的概念，叫指令重排，意思就是程序在实际运行的时候，代码段运行的顺序会和你写的顺序不一样。

像下面这段代码，可能会出现一个问题，那就是先执行a=3再去执行a=1，这样会造成了最终结果不太一样，不过没关系，这种情况在串行条件下不会发生。

1
2
3

a=1;
b=2;
a=3;

但是，在并行条件下，指令重排是怎么发生的呢？

//线程一
i=1;
j=i;
k=i;
//线程二
j=2;

像这样，两边线程看似互不干扰，各自有各自的工作，但是我们看到了j和k都在读取同一个变量i，而i在这种情况下会被读取两次，而此时如果发生了指令重排，结果就会变成为

//线程一
i=1;
j=i;
k=j;
//线程二
j=2;

而如果线程二发生在j=i之后的话，会出现这样一个状况，线程二修改了j的值，然后线程一再读取了j的值，这样导致最后的结果k=2。你可以看到，其实如果一直按照它本来的写法，这段代码是不可能出问题了，而一旦指令重排出现了这样的问题，谁又能在几十万行代码中找出来呢？

你说为什么会出现指令重排呢？不发生重排不就没有这样的问题了吗？其实设计者的初衷很简单，一切都是为了提高效率。

为什么这样能够提高效率？这里就要涉及到汇编语言的问题了。简而言之就是，读取和修改一个值需要分很多个步骤，如果将多个步骤一起进行的话会提高效率，从而导致的指令重排，汇编的机制这里暂且不讲。

那怎样才能解决呢，最简单的方法就是声明volatile关键字，如下：

1	volatile int i;

这样谁都不能够对i进行指令重排了，后面会讲到其他的办法，比如synchronized等。

这里仅仅是对并行这个概念做一个非常简单的介绍。