同步和異步通常來形容一次方法調(diào)用，同步方法調(diào)用一旦開始，調(diào)用者必須等到方法調(diào)用返回后，才能繼續(xù)后續(xù)的行為。異步方法調(diào)用更像一個消息傳遞，一旦開始，方法調(diào)用就會立即返回，調(diào)用者就可以繼續(xù)后續(xù)的操作。而異步方法通常會在另外一個線程中“真實”地執(zhí)行。整個過程，不會阻礙調(diào)用者的工作。
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如圖：
上圖中顯示了同步方法調(diào)用和異步方法調(diào)用的區(qū)別。對于調(diào)用者來說，異步調(diào)用似乎是一瞬間就完成的。如果異步調(diào)用需要返回結(jié)果，那么當這個異步調(diào)用真實完成時，則會通知調(diào)用者。
打個比方，比如購物，如果你去商場買空調(diào)，當你到了商場看重了一款空調(diào)，你就向售貨員下單。售貨員去倉庫幫你調(diào)配物品。這天你熱的是在不行了，就催著商家趕緊給你送貨，于是你就在商店里面候著他們，直到商家把你和空調(diào)一起送回家，一次愉快的購物就結(jié)束了。這就是同步調(diào)用。
不過，如果我們趕時髦，就坐在家里打開電腦，在電腦上訂購了一臺空調(diào)。當你完成網(wǎng)上支付的時候，對你來說購物過程已經(jīng)結(jié)束了。雖然空調(diào)還沒有送到家，但是你的任務已經(jīng)完成了。商家接到你的訂單后，就會加緊安平送貨，當然這一切已經(jīng)跟你無關了。你已經(jīng)支付完成，想干什么就能去干什么，出去溜幾圈都不成問題，等送貨上門的時候，接到商家的電話，回家一趟簽收就完事了。這就是異步調(diào)用。
并發(fā)和并行是兩個非常容易被混淆的概念。他們都可以表示兩個或者多個任務一起執(zhí)行，但是側(cè)重點有所不同。并發(fā)偏重于多個任務交替執(zhí)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(zhí)行”，下圖很好地詮釋了這點。
大家排隊在一個咖啡機上接咖啡，交替執(zhí)行，是并發(fā)；兩臺咖啡機上面接咖啡，是并行。
從嚴格意義上來說，并行的多任務是真的同時執(zhí)行，而對于并發(fā)來說，這個過程只是交替的，一會執(zhí)行任務A，一會執(zhí)行任務B，系統(tǒng)會不停地在兩者之間切換。但對于外部觀察者來說，即使多個任務之間是串行并發(fā)的，也會造成多任務間并行執(zhí)行的錯覺。
并發(fā)說的是在一個時間段內(nèi)，多件事情在這個時間段內(nèi)交替執(zhí)行。
并行說的是多件事情在同一個時刻同事發(fā)生。
實際上，如果系統(tǒng)內(nèi)只有一個CPU，而使用多進程或者多線程任務，那么真實環(huán)境中這些任務不可能是真實并行的，畢竟一個CPU一次只能執(zhí)行一條指令，在這種情況下多進程或者多線程就是并發(fā)的，而不是并行的（操作系統(tǒng)會不停地切換多任務）。真實的并行也只可能出現(xiàn)在擁有多個CPU的系統(tǒng)中（比如多核CPU）。
臨界區(qū)用來表示一種公共資源或者說共享數(shù)據(jù)，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(qū)資源被占用，其他線程要想使用這個資源就必須等待。
比如，一個辦公室里有一臺打印機，打印機一次只能執(zhí)行一個任務。如果小王和×××同時需要打印文件，很明顯，如果小王先發(fā)了打印任務，打印機就開始打印小王的文件，×××的任務就只能等待小王打印結(jié)束后才能打印，這里的打印機就是一個臨界區(qū)的例子。
在并行程序中，臨界區(qū)資源是保護的對象，如果意外出現(xiàn)打印機同時執(zhí)行兩個任務的情況，那么最有可能的結(jié)果就是打印出來的文件是損壞的文件，它既不是小王想要的，也不是×××想要的。
阻塞和非阻塞通常用來形容很多線程間的相互影響。比如一個線程占用了臨界區(qū)資源，那么其他所有需要這個資源的線程就必須在這個臨界區(qū)中等待。等待會導致線程掛起，這種情況就是阻塞。此時，如果占用資源的線程一直不愿意釋放資源，那么其他線程阻塞在這個臨界區(qū)上的線程都不能工作。
非阻塞的意思與之相反，它強調(diào)沒有一個線程可以妨礙其他線程執(zhí)行，所有的線程都會嘗試不斷向前執(zhí)行。
死鎖、饑餓和活鎖都屬于多線程的活躍性問題。如果發(fā)現(xiàn)上述幾種情況，那么相關線程就不再活躍，也就是說它可能很難再繼續(xù)往下執(zhí)行了。
死鎖應該是最糟糕的一種情況了（當然，其他幾種情況也好不到哪里去），如下圖顯示了一個死鎖的發(fā)生：
A、B、C、D四輛小車都在這種情況下都無法繼續(xù)行駛了。他們彼此之間相互占用了其他車輛的車道，如果大家都不愿意釋放自己的車道，那么這個狀況將永遠持續(xù)下去，誰都不可能通過，死鎖是一個很嚴重的并且應該避免和實時小心的問題，后面的文章中會做更詳細的討論。
饑餓是指某一個或者多個線程因為種種原因無法獲得所要的資源，導致一直無法執(zhí)行。比如它的優(yōu)先級可能太低，而高優(yōu)先級的線程不斷搶占它需要的資源，導致低優(yōu)先級線程無法工作。在自然界中，母雞給雛鳥喂食很容易出現(xiàn)這種情況：由于雛鳥很多，食物有限，雛鳥之間的事務競爭可能非常厲害，經(jīng)常搶不到事務的雛鳥有可能被餓死。線程的饑餓非常類似這種情況。此外，某一個線程一直占著關鍵資源不放，導致其他需要這個資源的線程無法正常執(zhí)行，這種情況也是饑餓的一種。于死鎖想必，饑餓還是有可能在未來一段時間內(nèi)解決的（比如，高優(yōu)先級的線程已經(jīng)完成任務，不再瘋狂執(zhí)行）。
活鎖是一種非常有趣的情況。不知道大家是否遇到過這么一種場景，當你要做電梯下樓時，電梯到了，門開了，這是你正準備出去。但很不巧的是，門外一個人當著你的去路，他想進來。于是，你很禮貌地靠左走，禮讓對方。同時，對方也非常禮貌的靠右走，希望禮讓你。結(jié)果，你們倆就又撞上了。于是乎，你們都意識到了問題，希望盡快避讓對方，你立即向右邊走，同時，他立即向左邊走。結(jié)果，又撞上了！不過介于人類的智慧，我相信這個動作重復兩三次后，你應該可以順利解決這個問題。因為這個時候，大家都會本能地對視，進行交流，保證這種情況不再發(fā)生。但如果這種情況發(fā)生在兩個線程之間可能就不那么幸運了。如果線程智力不夠。且都秉承著“謙讓”的原則，主動將資源釋放給他人使用，那么久會導致資源不斷地在兩個線程間跳動，而沒有一個線程可以同時拿到所有資源正常執(zhí)行。這種情況就是活鎖。
重慶分公司
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package com.jvm.visualvm;
/**
* Java干貨鋪子,只生產(chǎn)干貨，公眾號：javacode2018
*/
public class Demo4 {
public static void main(String[] args) {
Obj1 obj1 = new Obj1();
Obj2 obj2 = new Obj2();
Thread thread1 = new Thread(new SynAddRunalbe(obj1, obj2, 1, 2, true));
thread1.setName("thread1");
thread1.start();
Thread thread2 = new Thread(new SynAddRunalbe(obj1, obj2, 2, 1, false));
thread2.setName("thread2");
thread2.start();
}
/**
* 線程死鎖等待演示
*/
public static class SynAddRunalbe implements Runnable {
Obj1 obj1;
Obj2 obj2;
int a, b;
boolean flag;
public SynAddRunalbe(Obj1 obj1, Obj2 obj2, int a, int b, boolean flag) {
this.obj1 = obj1;
this.obj2 = obj2;
this.a = a;
this.b = b;
this.flag = flag;
}
@Override
public void run() {
try {
if (flag) {
synchronized (obj1) {
Thread.sleep(100);
synchronized (obj2) {
System.out.println(a + b);
}
}
} else {
synchronized (obj2) {
Thread.sleep(100);
synchronized (obj1) {
System.out.println(a + b);
}
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static class Obj1 {
}
public static class Obj2 {
}
}運行上面代碼，可以通過jstack查看到死鎖信息:
"thread2" #13 prio=5 os_prio=0 tid=0x0000000029225000 nid=0x3c94 waiting for monitor entry [0x0000000029c9f000]
java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
at com.jvm.visualvm.Demo4$SynAddRunalbe.run(Demo4.java:50)
- waiting to lock <0x00000007173d40f0> (a com.jvm.visualvm.Demo4$Obj1)
- locked <0x00000007173d6310> (a com.jvm.visualvm.Demo4$Obj2)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
Locked ownable synchronizers:
- None
"thread1" #12 prio=5 os_prio=0 tid=0x0000000029224800 nid=0x6874 waiting for monitor entry [0x0000000029b9f000]
java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
at com.jvm.visualvm.Demo4$SynAddRunalbe.run(Demo4.java:43)
- waiting to lock <0x00000007173d6310> (a com.jvm.visualvm.Demo4$Obj2)
- locked <0x00000007173d40f0> (a com.jvm.visualvm.Demo4$Obj1)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
Locked ownable synchronizers:
- Nonethread1持有com.jvm.visualvm.Demo4$Obj1的鎖，等待獲取com.jvm.visualvm.Demo4$Obj2的鎖
thread2持有com.jvm.visualvm.Demo4$Obj2的鎖，等待獲取com.jvm.visualvm.Demo4$Obj1的鎖，兩個線程相互等待獲取對方持有的鎖，出現(xiàn)死鎖。
package com.jvm.jconsole;
import java.util.concurrent.*;
/**
* Java干貨鋪子,只生產(chǎn)干貨，公眾號：javacode2018
*/
public class ExecutorLock {
private static ExecutorService single = Executors.newSingleThreadExecutor();
public static class AnotherCallable implements Callable {
@Override
public String call() throws Exception {
System.out.println("in AnotherCallable");
return "annother success";
}
}
public static class MyCallable implements Callable {
@Override
public String call() throws Exception {
System.out.println("in MyCallable");
Future submit = single.submit(new AnotherCallable());
return "success:" + submit.get();
}
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
MyCallable task = new MyCallable();
Future submit = single.submit(task);
System.out.println(submit.get());
System.out.println("over");
single.shutdown();
}
} 執(zhí)行代碼，輸出：
in MyCallable使用jstack命令查看線程堆棧信息：
"pool-1-thread-1" #12 prio=5 os_prio=0 tid=0x0000000028e3d000 nid=0x58a4 waiting on condition [0x00000000297ff000]
java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
- parking to wait for <0x0000000717921bf0> (a java.util.concurrent.FutureTask)
at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:175)
at java.util.concurrent.FutureTask.awaitDone(FutureTask.java:429)
at java.util.concurrent.FutureTask.get(FutureTask.java:191)
at com.jvm.jconsole.ExecutorLock$MyCallable.call(ExecutorLock.java:25)
at com.jvm.jconsole.ExecutorLock$MyCallable.call(ExecutorLock.java:20)
at java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:266)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1142)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:617)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
Locked ownable synchronizers:
- <0x00000007173f2690> (a java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker)
"main" #1 prio=5 os_prio=0 tid=0x00000000033e4000 nid=0x5f94 waiting on condition [0x00000000031fe000]
java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
- parking to wait for <0x00000007173f1d48> (a java.util.concurrent.FutureTask)
at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:175)
at java.util.concurrent.FutureTask.awaitDone(FutureTask.java:429)
at java.util.concurrent.FutureTask.get(FutureTask.java:191)
at com.jvm.jconsole.ExecutorLock.main(ExecutorLock.java:32)
Locked ownable synchronizers:
- None
堆棧信息結(jié)合圖中的代碼，可以看出主線程在32行處于等待中，線程池中的工作線程在25行處于等待中，等待獲取結(jié)果。由于線程池是一個線程，AnotherCallable得不到執(zhí)行，而被餓死，最終導致了程序死鎖的現(xiàn)象。
java高并發(fā)系列連載中，總計估計會有四五十篇文章，可以關注公眾號：javacode2018，獲取最新文章。
