JAVA并发-并发编程概述

不知道各位童鞋是否干过在程序主进程中嵌入IO操作这样“任性”的事情，笔者曾经干过，而且那时候还觉得自己很棒。没办法，那时候还年轻啊。后来随着学习的深入，知道了有nio这种神一样的东西。但如果有其他方案，至少笔者是不会使用nio这个类的。毕竟程序的易读性还是很重要滴。多数时候，我们完全可以使用多线程和IO阻塞来代替非阻塞IO。
最近读了下经典《Java并发编程实践》，大师的书的确很棒，好了不说废话了，来写下我的笔记吧。
并发编程主要需要解决安全性，活跃性和性能的问题。下面是个人的理解：
1 安全性：程序可以确定的按照我们希望的时序执行。
2 活跃性：程序最终会输出正确的结果
3 性能：程序多长时间能输出正确的结果。
对于程序设计人员，我们需要在上面的3点之间寻找一种平衡，一种在满足安全性基础之上的平衡。
首先，我觉得有一个问题需要解决，那就是什么时候使用并发编程：并发编程一定是在需要的时候使用，什么是需要的时候？比如有一天，你的leader和你说，系统太慢了，以至于用户都快跑光了（哈哈，有点夸张），这个时候你就需要考虑一下是否可以使用多线程来做点什么。如果你确实发现了代码中有太多可以用多线程提升的地方，那么，。just do it。否则，还是不要轻易改变了，毕竟“稳定压倒一切吗”。先保证稳定在考虑性能。
当决定使用多线程的时候，我们就需要考虑安全性，活跃性以及性能了。
所谓的安全性，就是要求我们能够编写线程安全的代码，他的核心在于处理那些可以被多个线程共享的可变的变量。就像我在黑体部分说的，需要考虑线程安全的情况，一定是有下列3个条件：
1 一个可以被多个线程访问的变量
2 这个变量是共享的
3 这个变量的值是可以改变的
但你的程序中出现了这3个情况的时候，那么要小心了，需要考虑线程安全问题了。说白了，就是对于这个共享变量的访问时候的同步问题。就是常见的“读-改-写”和“核对后执行”情况。
比如我写了一个类：

@UnThreadSafe
class MyThread extends Thread
{
private int count=0;
public void run(){
count++;
System.out.println("counter="+count);
}
}

在这个例子中，MyThread类的变量count是可以被多个线程访问的，是共享的，是可变的（瞧，满足3个条件），我们需要考虑线程安全问题了。这是一个典型的“读-改-写”的问题，理论上我当然希望每个线程都能一口气执行完count++这条语句，但事实常常不是这样，可能thread-1刚刚读取到count为0，CPU就调度给了thread-2,这个时候thread-2读取到的count也是0，很显然，程序没有按照我们希望的时序执行，我们说他是不安全的。
我们可以使用线面的方式来让他变成线程安全的.

@ThreadSafe
class MyThread extends Thread
{
private final AtomicLong count=new AtomicLong(0);
public void run(){
int tmp=count.incrementAndGet();
System.out.println("counter="+tmp);
}
}

但是有些时候，并不总是有这样的第三方的类可以给我们使用的。

可能我们写了一个类,来根据一个请求的1-9的阿拉伯数字返回对应的大写汉字

public class MyServlet implements Servlet
{
   public void service(ServletRequest req,ServletResponse res){
   int i=getNum(req);
   String str=getHanziByNum(i);
   responseHanzi(res,i);
}
}

尽管service方法被多个线程执行，但不存在安全性的问题（没有多个线程共享的变量）；这个时候，如果为了提高性能，需要将上一次请求的数据存储起来，我们来看：

@UnThreadSafe
public class MyServlet implements Servlet
{
private int num;
private String str;
   public void service(ServletRequest req,ServletResponse res){
   int i=getNum(req);
if(i==num)
   responseHanzi(res,str);
else
   String str1=getHanziByNum(i);
   num=i;
   str=str1;
   responseHanzi(res,str1);
}
}

在上面的代码中,出现了多个线程可以访问可变的的共享变量num和str，这时候需要考虑线程安全的问题了。有个最简单的方案将他变为线程安全的：

@ThreadSafe
public class MyServlet implements Servlet
{
private int num;
private String str;
   public synchronized void service(ServletRequest req,ServletResponse res){
   int i=getNum(req);
if(i==num)
   responseHanzi(res,str);
else
   String str1=getHanziByNum(i);
   num=i;
   str=str1;
   responseHanzi(res,str1);
}
}

程序设计人员不去具体分析哪些代码是需要同步的，而是同步一个大的区域，讲所有共享变量圈在里面，当然这样做实现了线程安全。但是没有考虑性能的问题。假设getHanziByNum()是一个非常耗时间的操作，那么同步方法service的执行时间将会非常慢，而整个方法有事同步的，很可能我们的并发代码 运行的性能比串行的还要差（创建和销毁线程需要时间，尽管很短）。因此，我们需要一些更加细粒度的同步，而不是像上面的粗粒度的同步。

@ThreadSafe
public class MyServlet implements Servlet
{
private int num;
private String str;
   public void service(ServletRequest req,ServletResponse res){
   int i=getNum(req);
   String str1=null;
   synchronized(this){
       if(i==num)
         str1=str;
   }
   if(str1=null){
       str1=getHanziByNum(i); 
       synchronized(this){
         num=i;
         str=str1;
       }
   }
   responseHanzi(res,str1);

}
}

上面的类是线程安全的，显然他比之前一个在性能上会更有优势。所以在解决多线程安全性的问题上，关于同步的粒度的大小需要我们仔细的研究，力度大一点可能实现起来简单，但是性能不一定太好。粒度太小的话，可能实现起来难度大，容易出错，怎么做到合适，需要我们自己权衡。

这个时候，如果我还想保存命中的变量

@ThreadSafe
public class MyServlet implements Servlet
{
private int num;
private String str;
private int hits;
private int totalHits;
   public synchronized double getHitRadio{
       return hits/totalHits;
   }   

   public void service(ServletRequest req,ServletResponse res){
   int i=getNum(req);
   String str1=null;
   synchronized(this){
       totalHits++;
       if(i==num){
         str1=str;
         hits++;
       }
   }
   if(str1=null){
       str1=getHanziByNum(i); 
       synchronized(this){
         num=i;
         str=str1;
       }
   }
   responseHanzi(res,str1);

}
}

可以看到，所有共享变量出现的地方都被加了锁（即同步操作），只不过同步的力度不同罢了。
综上所述，关于并发，我们的思路大概是这样的：
1 是否使用并发
2 如果使用用并发，哪些共享变量需要考虑安全性
3 对于需要考虑安全性的那些共享变量，要记得为每一个加锁
4 加锁的粒度粗细的权衡