Java并发，并行，同步，互斥

       一切都要从这个世界的并行性开始说,事物的发展老是并行进行的，汽车在奔驰的同时，自行车也在行驶;别人正在唱歌，你可能正在吃饭;等等。这些都是并行的例子，就单个事物来看，它发展的动做通常是顺序进行，而多个事物之间通常谁也不会妨碍谁，除非它们的动做要做用在同一个对象上：汽车过十字路口的绿灯时，另外一个方向的汽车就不能行驶;若是你在食堂里举办歌舞晚会，别人就不能在这儿吃饭。
　　计算机软件的基本模型是顺序执行的，然而现代计算机在此基础上发展出了并发概念。什么是并发?什么是并行?它们之间的区别是什么?并发与并行是两个既类似而又不相同的概念：并发性，又称共行性，是指能处理多个同时性活动的能力;并行是指同时发生的两个并发事件，具备并发的含义，而并发则不必定并行，也亦是说并发事件之间不必定要同一时刻发生。并行通常是指没有互斥和同步的状况下独立进行并同时发生的事件。所以单CPU操做系统的进程/线程严格意义上来讲都不能算是并行事件，毕竟它们都要使用同一个CPU，真正的并行出如今多处理器的计算机上，当进程/线程独立运行在不一样的CPU上，并且不须要共享对象时。粗略的说，没有资源互斥共享的进程和线程都是并行的。
　　若是进程/线程没有共享任何数据，它们编程所关心的许多概念就不会存在。就像现实世界，若是任何两我的都是独立的，没有任何关系的，那么也不会存在社会的各类机构来协调这些关系。在操做系统中，进程之间共享数据的方式通常经过IO(如：文件、管道、网络端口等等)，固然也有时会经过内存共享。这种松耦合的共享形成的同步、互斥问题并很少。常见的同步问题发生同一进程内不一样线程之间。因为线程存在于同个进程中，它们之间是能够共享内存的，因此就会有不少同步和互斥的问题。
　　那么什么是同步，什么是互斥?同步和互斥每每是共生的。所谓的同步是指不一样实体的动做按照某些特定条件的顺序执行。最多见的莫过于生产者和消费者之间的关系。生产者的生产动做和消费者的消费动做是必须知足前后顺序的：只有生产者生产出东西来，消费者才能消费这些东西。它们之间就须要所谓的同步。什么是互斥?互斥是指两个实体的动做不容许同时发生，若是同时发生就会产生不能够预期的结果。互斥是同步的前提，若是两个动做不是互斥的，就不可能保证其发生的顺序。同步必定是互斥的，而互斥不必定须要同步。同步是固定顺序的动做的互斥。理解这一点很是重要。
　　举个咱们都熟悉的例子，多个并发生产者和多个并发消费者。生产者生产的对象放在一个数组中，而消费者则从这个数组中获取对象。那么生产者的生产动做之间是须要互斥的，但不须要同步。不论是A先放在数组，仍是B先放在数组中，它们之间除了为避免将产品放在数组中同一位置上，须要互斥地访问数组外，是不须要规定哪个在前面放，哪个在后面放的。它们之间的关系就属于互斥。而生产者和消费者之间就存在一个前后顺序问题，必须至少有生产者生产出产品放在数组中，消费者才能开始消费。所以生产者生产和消费者消费之间的就是同步关系。此外，消费者和消费者之间的消费关系也是须要互斥的，这样才能避免两个消费者之间争夺同数组里同一位置的对象。可是它们的消费行为是不须要同步的，只要互斥的进行就好了。
　　所以不一样实体之间的动做有两个基本关系：同步和互斥。通常处理同步的方法是创建在互斥的基础上的。互斥的机制通常须要经过操做系统甚至底层硬件提供的信号量、管程(管程是创建在信号量基础上的更高层构件)等底层机制来实现。Java语言中经过提供互斥原语synchronized(虽然叫同步，更准确的说应该是互斥mutex)来保证的，固然Java其实是经过JVM的monitor_enter和monitor_exit指令来实现的，这些指令最终以底层操做系统提供的机制来实现。同步的实现除了要依靠互斥原语，还要结合条件判断和线程挂起等语言构件来实现。其原理比较简单，首先要经过原语synchronized互斥两个须要同步的动做(也称做临界代码)，当某个动做(好比消费)得到信号锁进入管程时，它首先判断某个条件是否知足(是否有可消费对象)，不知足则挂起当前线程，释放信号锁，容许其余线程进入。当其余线程(好比生产者)进入后，也是检查是否知足某些条件(好比数组是否有空闲)，若是不知足则和前面线程同样释放信号锁并挂起线程，若是知足(有空闲)则进行动做(生产并放在数组空闲处)，而后这个动做通常要负责激活其余挂起的线程(固然也能够不负责任，其结果是每每形成死锁)，而后本身释放信号锁退出管程。其余被激活的线程进入下一轮竞争，谁得到信号锁后继续检查它须要的条件是否知足，如此继续下去。