1. Java源程序运行步骤（半解释语言 semi-interpreted language）
   1. Java文件被编译器编译为字节码文件（JDK中的前端编译器：javac.exe）
      1. 词法分析
      2. 语法分析
      3. 语义分析
      4. 中间代码生成
   2. 加载字节码文件（ClassLoader 类加载器）
   3. 将字节码文件解释为汇编指令（JVM中的后端编译器：JIT即时编译，AOT静态编译；JVM中的解释器：java.exe）
   4. 执行（JRE；它包含了JVM不具有的运行字节码文件所需的Java类库）
2. JVM中的所有线程共享堆内存、方法区，但每个线程都有各自的方法栈；PC寄存器（程序计数器）存放下一条待执行指令的地址，JVM会在方法栈中压入一个栈帧存放字节码操作数和局部变量。入栈后，交由JVM解释执行。
   1. 每个线程都有自己对应的PC寄存器，每个线程只有当前方法（Java方法栈或本地方法栈）在执行
   2. Java字节码解释器（java.exe）是JVM的一部分，用于解释执行字节码文件
   3. Java解释器通过改变PC寄存器的值，来明确下一条待执行的字节码指令
3. 进程（Process） v.s. 线程（Thread）
   1. 将程序读进内存并执行，叫做进程
      1. 进程是操作系统进行资源分配（包括CPU、内存、磁盘IO等）的最小单位；
      2. 进程在执行过程中有独立内存单元；
      3. 进程间通信需要借助操作系统
   2. 线程是比进程更小的，CPU调度和分配的基本单位
      1. 保证了多线程的高并发性；
      2. 进程可以有多个线程，线程之间独立运行，共享进程资源；
      3. 创建线程时无须寻找内存空间，线程时运行在进程的地址空间中的；
      4. 不利于资源的管理和保护；
      5. 操作系统要为每个线程，在进程中的内存空间中分配一个栈，因为每个执行流都需要一个栈来保存各自信息；
4. 线程调度
   1. 将进程分配给CPU，但是CPU在各个线程之间进行调度；
   2. 多个CPU也可以并行执行同一进程的多个线程——一个进程中有多个执行流；
   3. 在进程开启后，创建多个线程即可让所有CPU都慢起来，实现高并发；
   4. 操作系统的调度器只调度线程，而不调度进程；
   5. 大量创建线程会消耗过多内存资源，创建销毁需要消耗系统时间；
   6. 通过线程池技术复用线程，可以避免频繁地创建、销毁线程，而避免内存开销以及时间开销。
5. 并发（Concurrency） v.s. 并行（Parallelism）
   1. 并发：同一时间段，两个任务都同时处于已开始-未结束的状态；
   2. 并行：多个CPU核心各自同时执行进程，两个线程不相互抢占CPU资源；
   3. 单CPU可实现并发，多CPU可实现并行；
   4. 通过CPU时间分片技术将CPU分配给各个线程用于执行，其他线程挂起；并发的线程对应的时间片是乱序的；
   5. 并发执行多任务，程序之间相互依赖，并且切换程序费时；并行执行多任务，相互独立。
6. 线程任务
   1. 生命周期
      1. Long-lived Task
      2. Short-lived Task
   2. 所需资源
      1. CPU-Intensive：花费大量时间进行计算，线程数约等于核数即可充分利用CPU资源
      2. I/O-Intensive：花费大量时间处理磁盘、网络I/O；要考虑IO上的等待时间（Waiting Time），以及CPU上的计算时间（Computing Time）
7. 线程池
   1. 将需要数据和处理数据的函数交给线程池。此时，线程池中被阻塞在队列上的线程会被被唤醒，执行处理函数；
   2. 把不同类别的任务放到不同的线程池中；
   3. 包含I/o任务的线程池需要对任务进行超时设置，否则可能处于阻塞状态。
8. Java中的集合并发修改：一个线程遍历集合，另一个并发线程修改了集合
   1. Fail-Fast
      1. 并发修改的情况下，抛出异常ConcurrentModificationException；
      2. 通过方法 checkForComodification 来检查变量 expectedModCount 和 modCount 是否相等，不等则抛出异常；
      3. ForEach增强for循环，也会被处理成迭代器（Iterator）来进行迭代；
   2. Fail-Safe
      1. 当对象发生结构型修改（遍历、添加、删除）时不抛出任何异常，仍然可以正常遍历；
      2. Fail-Safe类型的数据结构在遍历时会创建迭代器（Iterator）；
      3. 执行的结构型修改不会作用到原集合类对象，因为遍历的是拷贝到迭代器中的副本（需要占用额外的内存空间）；
      4. 可以通过 weakly consistent 来实现；
      5. java.util.concurrent 下的容器都是安全失败的。
9. 操作系统中的并发工具
   1. 信号量（Semaphore）
      1. 整型变量来累计唤醒次数，为0的时候表示休眠（挂起）；当其他进程挂起，则可以恢复运行。
      2. 针对其有两个操作：down，up；
         1. 值大于0，减1；
         2. 值等于0，挂起；
         3. 没有进程挂起，加1
   2. 互斥量（Mutex）
      1. 一位二进制数（布尔值），0代表解锁，1代表加锁
      2. 互斥锁处于锁定状态，调用线程会阻塞到线程执行结束，并执行 mutex_unlock 解锁；多个调用线程被阻塞，会随机选一个获得锁。
      3. 互斥锁处与解锁状态，会调用 mutex_lock 加锁，调用线程成功。
   3. 快速用户空间互斥（Fast User Space Mutex；Futex）
      1. 组成部分
         1. 内核服务：等待队列，允许多个在锁上排队的进程，除非内核解除阻塞
         2. 用户库
10. 并发问题的两种锁
    1. 互斥锁
       线程之间共享资源是互斥的，线程获取资源使用权之后就会加锁，使用完之后解锁。这个过程中其他想要获取资源的线程会陷入阻塞睡眠状态，直到资源解锁后（所有被阻塞的线程都）会被唤醒，随机一个线程获得资源使用权后加锁，执行线程，其他的线程继续阻塞。
    2. 自旋锁
       1. 特殊的互斥锁。资源被占用后加锁，其他待获取资源的线程不会阻塞，而是陷入循环检测——循环检查资源状态直到资源被释放。
       2. 好处是减少了线程从阻塞到被唤醒得到资源消耗，缺点是循环检查的过程会一直占用CPU资源。
       3. 适用于不希望花费太多资源在线程的唤醒上的任务。
       4. 需要阻止代码运行中的并发干扰
          1. 中断：硬件中断，软件中断
          2. 内核抢占
11. 参考资料
    1. 我工作三年了，该懂并发了
    2. 互斥锁、递归锁、读写锁和自旋锁区别