什么是多线程并发编程
并发：同一个时间段多个任务同时都在执行。
并行：多个任务在单位时间内同时执行。
也就是说并发使用cpu在短时间内切换进程造成了多个任务同时执行的假象。而在多线程编程实践中，线程的个数往往大于CPU个数，所以一般都称多线程并发编程而不是多线程并行编程(意味着一个核上存在多个线程，所以是并发)。
为什么要进行多线程并发编程
多核CPU时代打破了单核CPU对多线程效能的限制(频繁切换线程会带来额外开销)，多线程并发编程可以显著提高性能以应对海量数据和请求。
Java中的线程安全问题
多个线程去改变或读取(至少有一个去改变)一个共享资源会产生线程安全问题。
Java中共享变量的内存可见性问题
Java内存规定，将所有变量都存放在主内存， 当线程使用变量时，会把主内存里面的变量复制到自己的工作空间或者叫工作内存 。
而这个线程的工作内存又是怎样的呢？
上图是一个双核CPU系统架构，每个核都有自己的控制器和运算器，其中控制器包含一组寄存器和操作控制器，运算器执行算术逻辑运算。每个核都有自己的一级缓存，在有些架构里面还有一个所有CPU共享的二级缓存。 那么Java内存模型里面的工作内存，就对应着这里的L1或者L2或者CPU的寄存器 。
由于cache的存在会导致内存不可见，比如线程A和线程B要对一个共享变量x做增加的操作。
线程A首先去获取共享变量x的值，由于两级缓存都没有命中，那么线程A从主存中取出x的值为0并做增加操作，并且放入一级缓存和二级缓存，线程B也去获取共享变量x的值，首先一级缓存没有命中，二级缓存命中(刚刚线程A写入了二级共享缓存)，然后发现二级缓存中的值为1，然后进行增加操作并写入自己的一级缓存和二级缓存，主存。
这样看来没什么问题，但是如果线程A继续进行增加操作呢？线程A首先会去获取共享变量x的值，一级缓存命中！并且获取到了x的值为1，然后进行增加操作变为2，问题就出现了。
线程自己的工作内存(自己的缓存)会导致内存不可见性。
Java中的synchronized关键字
synchronized是Java提供的一种原子性内置锁，由于Java的线程和操作系统中的线程一一对应，所有当阻塞一个线程的时候，需要从用户态切换到内核态执行阻塞操作，这是一个很耗时的操作。而synchronized就会导致上下文切换。
synchronized的内存语意
synchronized代码块中的变量会 从线程的工作内存中清除 ，也就是说synchronized可以解决内存的不可见性。
Java中的volatile关键字
使用synchronized的方式可以解决内存不可见，volatile也可以。
当变量声明为volatile时，线程在写入变量时不会把值缓存在寄存器或者其他地方，而是把值刷新会主内存 。
volatile虽然解决了内存可见性问题，但是并不是原子操作，所以在多线程并发时也会出现异常。而一般在什么时候使用volatile关键字呢？
写入变量不依赖与变量的当前值(加一和赋值操作),因为如果依赖于当前值，那么获取——计算——写入这三步不是原子操作，而不保证volatile的原子性。
读写变量时没有加锁。加锁已经保证了内存可见性，所以没必要把变量再声明为volatile了。
java中的原子性操作
因为 线程切换是CPU指令级别的 ，而Java中的一条语句通常是由很多指令组成的，所以在多线程环境下线程切换会导致很多并发不安全的问题，而synchronized会保证同时只有一个线程执行。
Java中的CAS操作
CAS即Compare and Swap，是JDK提供的非阻塞原子性操作，它通过硬件保证了比较——更新操作的原子性。
ABA问题
当线程1使用CAS修改初始值为A的变量X，那么线程1会首先获取当前变量X的值，然后使用CAS操作尝试修改X的值为B，但是这个时候线程2使用CAS修改变量的值为B然后又通过CAS操作修改变脸的值为A，此时线程1执行CAS的时候X的值虽然是A，然是这个A已经不是线程1获取时的A了。
解决：ABA问题就是变量的状态发生了环形转换，可以提供给变量的状态值配置一个时间戳来避免ABA问题产生。
Unsafe类
Unsafe类提供了硬件级别的原子性操作，里面的方法都是native方法，他们使用JNI方式访问本地C++实现库。
当我们要使用Unsafe类的时候，在本身getUnsafe()方法中会判断当前类加载是否是Bootstrap类加载器，如果不是抛出异常，而我们启动main函数所在的类是使用AppClassLoader加载的，所以在main函数这里面加载Unsafe类的时候，根据委托机制，会委托给Bootstrap去加载Unsafe类。
如果不加以限制，我们可以直接通过Unsafe操作内存，这是不安全的，所以我们需要在rt.jar包下使用Unsafe类，我们也可以通过万能的反射来实现。
Java指令重排序
Java内存模型允许编译器和处理器对指令重排序以提高运行性能。而多线程的环境下指令重排序会导致一些并发问题，而如果使用volatile修饰变量可以避免一些重排序和内存可见性问题。
写volatile变量的时候，可以确保volatile变量写之前的操作不会被编译器重排序到volatile写之后。读volatile变量时，可以确保对volatile变量读之后的操作不会被编译器重排序到volatile读之前。
伪共享
什么是伪共享
为了解决内存和CPU之间的速度差异，CPU会添加一个或多个缓存存储器，而缓存在内部是 按行存储 的。因为局部性原理，当一个变量要存入缓存中其实是连带着周围的变量存入缓存的。所以存入Cache行的是内存而不是单个变量。
比如现在两个CPU，有两个变量x，y放入了缓存行，当线程1对CPU1的缓存行进行修改变量x的值的时候，因为缓存一致性协议，会导致CPU2对应的缓存行失效。所以线程2需要写入x或y的值的时候就要去二级缓存中查找。
为何出现伪共享
因为放入缓存行的是多个数据(是一个内存空间)。
如何避免伪共享
填充缓存行(创建一个对象封装相应的变量使对象空间和缓存行空间一样大)。
JDK8后使用sun.misc.Contended注解(会自动补齐缓存行)。
锁的概述
乐观锁和悲观锁
悲观锁：对数据被外界修改保持保守态度，认为数据很容易就被其他线程修改，在对数据处理之前先加锁。
乐观锁：认为数据在一般情况下不会造成冲突，所以在访问记录前不会加排它锁，而在进行数据提交更新的时候，才会正式对数据冲突与否进行检测。
公平锁与非公平锁
公平锁：先来先获得锁。
非公平：后来的也可以抢占锁。
在一般情况下使用非公平锁，公平锁会带来额外开销。
独占锁和共享锁
独占锁：只能一个线程拥有
共享锁：多个线程拥有，比如说ReadWriteLock读写锁允许一个资源被多个线程进行读操作。
可重入锁
可重入锁：已经获得了锁的资源再次申请该锁的时候不会被阻塞，synchronized就是一个可重入锁。
自旋锁
当前线程在获取锁的时候，如果发现锁已经被占用，它不马上阻塞自己，而是在不放弃CPU使用权的情况下，多次(默认情况下是10次)尝试获取。