并发与并行同步与异步，线程安全的实现
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了并发与并行同步与异步，线程安全的实现相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
1. 并发与并行
并发其实是一个宽泛的概念，它代表计算机可以同时可以执行多个任务；
首先，我们知道cpu的最小调度单位是线程，所以说，一个cpu在一段时间内只能处理一个线程；
那么当我们在进行并发编程的时候，如果是多核电脑，也就是有多个cpu的情况下，就是真正的并发执行；我们一般也称之为并行执行；
如果是单个cpu的情况，cpu会使用时间片轮转的方式，让线程a执行一段时间后，切换到线程b去工作，让线程来回切换工作，这也被成为进程或线程的上下文切换；
2. 同步与异步
同步代表必须等到前一个任务执行完后，才能执行下一个任务，也就是线程间排队执行；所以一般情况，同步是不会有并发或并行的概念；
异步代表不同的任务之间不会相互等待，也就是说，你在执行任务a的时候，也可以执行任务b；
一个典型实现异步的方式，就是并发编程，开启多个线程，每个线程去执行不同的任务；
那么如果是多核cpu，每个线程都会被分配到独立的核心上去运行；当然如果是单核cpu，就会用时间轮转片的方式，让线程间来回切换工作，这种情况下也是并发执行的(因为cpu的执行速度非常快，让我们感觉就像是在同时执行一样)；
3. 那么什么情况下适合并发编程呢？
一般会分为以下两种情况
CPU密集的情况
cpu密集的情况不太适合多线程执行，为何这么说，CPU密集型会消耗掉大量的CPU资源，例如需要大量的计算，视频渲染啊，仿真啊之类的。这个时候CPU就尽最大努力在运行，这个时候切换线程，反而浪费了切换的时间，效率不高。
就像你的大脑是CPU，你本来就在一本心思地写作业，多线程这时候就是要你写会作业，然后立刻敲一会代码，然后在P个图，然后在看个视频，然后再切换回作业。emmmm，过程中你还需要切换（收起来作业，拿出电脑，打开VS…）那你的作业怕是要写到挂科。。。这个时候不太适合使用多线程，你就该一门心思地写作业~
但是有一种方式，可以使cpu计算使采用多线程编程，那就是使用forkjoin框架。或者是stream并行流的方式；
ForkJoin与Stream并行流的使用
ForkJoin与Stream并行流的使用可以看我这篇博客 ForkJoin的使用及for循环、stream并行流三种方式的时间比较
其实stream并行流的方式，底层也是使用了forkjoin框架；
IO密集的情况
涉及到网络、磁盘IO的都是IO密集型，这个时候CPU利用率并不高，这个时候适合使用多线程。
首先我们要明白，IO密集是“不烧脑的工作”，但是一般IO操作都会带来一定时间的逻辑等待或网络等待；那么如果在单个cpu上去执行，就会时不时的等待，从而浪费cpu的资源；
那么这时如果采用并发的方式，就会在等待的时候切换线程去执行其他任务，从而规避掉等待的时间，虽然线程间来回切换也会有开销的时间，但一般来说都还是会更优，所以IO密集适合多线程来达到更高的一个效率；
4. 线程安全
线程安全，其实是指多个线程在并发执行的时候，对于数据的读写等操作不会出现错误，也就是和预期结果是相同的；
那么线程安全，本质上就转移到并发情况访问资源的安全；
对于JVM中的资源，我们一般区分为线程私有和线程共有；
JVM内存模型中 线程私有和线程共有
所以我们明白了，栈和方法区是线程私有的，堆是线程共享的；
栈、方法区、堆 中存储的数据
- 栈：局部变量中的基本数据类型，类的方法；
- 方法区：.Class、常量池、静态区、全局区(hotspot7及之前) ； .Class的模板信息(被加载的类信息) (hotspot8后)
- 堆：对象(hotspot7及之前)；对象、.Class、常量池、静态区、全局区(hotspot8后)
对于线程私有的模块，是不会有线程不安全的问题的；
而对于线程共享的模块，才会存在线程不安全的问题；
在现在的jdk1.8常用的版本下，hotspot的版本同样也是8；
所以经过上面的分析，我们可以得出结论；
线程安全的数据
- 局部变量 (线程私有，存放在方法调用的栈帧中，随着栈帧出栈结束而消亡)
线程不安全的数据
- 全局变量 (线程共享)
- 堆内存上的对象
i++的非原子性
当i++在被翻译成机器代码时，其实是被翻译成三条不同的机器指令；
分别是
(1) 将内存中的数据num加载到cpu的寄存器中
(2) 然后将寄存器中的num数据给+1
(3) 最后再将num给放回内存中
当一个线程执行到第二步时，另一个线程就读取了内存中的数据，就会造成两次+1其实只真正执行了一次；
换句话说，i++并不是一个原子操作；原子操作是不能再继续拆分的操作，或是不能被其他线程打断的指令；
上述情况是不是和我们之前探讨的线程的工作内存，和主内存间的关系有点像呢；
Java线程的工作内存与硬件内存的关系
从书中我们可以得到答案，线程的工作内存/本地内存，其实就是指缓存和寄存器等内存；
5. 实现线程安全
为了实现线程安全，那么就要实现线程同步，也就是让线程有序的去执行；这一部分想必大家也无比的熟悉了;
那么线程安全问题，其本质是维护全局变量资源的一个安全性；
我们可以从两个角度出发，一种是对线程进行同步控制；一种是直接对资源进行控制，不允许同时多个线程对其进行操作；
对线程进行同步控制
- synchronized + wait() + notify() （其实synchronized本质还是锁的资源，只是线程获取资源获取不到时看起来就像线程被阻塞了）
- Reentrantlock + Condiction (重入锁与线程监视器)
详细的使用可以看我的这篇博客
synchronized、Lock接口、Condition接口、读写锁及ReentrantLock(重入锁) 特性及使用
对数据进行安全控制
- Atomic、 AtomicReference（原子类与原子引用）
- 线程安全集合类
详细的内容可以看我这两篇博客
原子类与自旋锁原理初探
集合的常用线程安全实现类使用及源码分析
6. foreach循环中为什么不能对集合进行add或remove操作 (补充知识点)
想必大家肯定遇到过这样的情况，在foreach循环中对集合进行操作，然后出现了以下这种情况的错误
这是什么原因呢？
首先我们要知道，使用foreach去遍历集合的时候，本质是使用的Iterator迭代器去遍历元素，所以问题就出在这个Iterator迭代器身上；
Iterator迭代器其实是建立了一个链式索引表，存储指向集合的指针；
当我们使用foreach的时候，就已经建立好了这个链式索引表，也就是说每个结点都存储好了对应的指针；
当我们遍历集合的时候，本质上是去遍历这个Iterator迭代器的链式索引表的指针；
所以当迭代器去遍历下一个节点的时候，实质是上是调用next()方法去访问下一个结点；
我们可以从编译后的源码去查看
再点击这个ArrayList实现的迭代器中去看
在源码中我们可以看出，在每次执行next()方法的时候，都会去检查一开始链式索引表的长度和现在的list的大小是否一致，如果不一致那么就会抛出并发修改异常；
以上是关于并发与并行同步与异步，线程安全的实现的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章