Java 多线程
Java 多线程
什么是进程和线程。
我们启动一个mian函数，其实是启动了一个JVM的进程，而main函数所在的线程就是这个进程中的一个，也叫主线程。
进程是一个系统运行程序的基本单位。线程是一个比进程更小的执行单位，一个进程可以产生多个线程，线程会比进程之间进行切换工作小很多，因为线程有共享内存，进程没有他们需要保存和恢复整个进程的状态。（这里的切换是线程的暂停切换到另外一个线程）
用户级线程和内核线程
用户线程：由用户空间程序管理和调度的线程，运行在用户空间。（专门给应用程序使用），JDK1.2版本之前版本使用。JVM自己模拟了多线程的运行。
内核线程: 有操作系统管理和调度的线程，运行在内核空间（只有内核时程序可以访问）jdk版本大于等于 1.2，也就是说JVM直接使用操作系统图原生内核线程来实现的。
Java线程与操作系统的线程关系是一对一也就说，一个Java线程的线程模型是对应一个系统内核线程。
线程模型主要有三种
一对多，多对多、一对一
从JVM角度说线程 1.8
线程共享区域
堆
主要存放我们的对象， 基本所有的创建的对象都会存放到这里，也是我们垃圾回收机主要回收的地方。
元空间（以前的方法区）
元空间主要存储了描述类结构和组成部分的各种信息，这些信息称呼为元信息。比如类的访问修饰符，方法的访问修饰符，方法名字，方法的返回类型， 方法的参数等，使用的是本地内存。
类的加载是懒加载，只有在类的第一次使用的时候才会加载，然后以后再用的时候就去元空间里获取， 比如创建对象。
线程私有
虚拟机栈
当我们执行一个java方法的时候就会把一个栈帧放到jvm栈中，这个栈帧包含了局部变量表(方法参数，局部变量)，操作数栈，方法返回地址（执行完返回下一条命令的地址），动态链接（方法的引用）
本地方法栈
本地方法栈和jvm栈是一样的，唯一区别的就是本地方法栈是为用来操作系统的方法的。
程序计数器
字节码解析器通过改变程序计数器依次来读取指令，实现代码的流程龙之如顺序执行、选择、循环、异常处理。
在多线程记录当前线程执行的位置，在线程切换知道该线程上次运行到哪里了。
本地内存
元空间
上面有介绍
直接内存
直接内存是使用NIO包中的ByteBuffer类来操作的一种内存，他不受java堆的管理，也不受jvm gc管理，直接内存的分配和释放由操作系统实现。
它与Java堆外的物理内存直接映射，可以不受jvm 堆大小的限制。
直接内存可以通过0拷贝的技术提高I\O的操作性能，因为它的数据可以在Java堆和本地内存之间的传输。
在内存释放方面是比较延迟的，当我们执行claer方法只是清除了ByteBuffer的状态，并没有释放真正的内存要等操作系统来释放。
NIO的优化就是比传统IO少了一步操作，就是少了把堆外内存拷贝到堆内内存。
NIO
写
使用ByteBuffer进行数据的读写，将数据写到直接缓冲区，这个直接缓冲区（Direct ByteBuffer）对应着堆外内存。（第一次拷贝，从用户空间到内核空间）
写时调用force()方法刷新到文件系统的穿冲区，然后等操作系统刷新到硬盘（这是第二次拷贝）
读
硬盘读取数据到文件系统的缓冲区，然后通过通道传输到内核空间，最终拷贝到用户空间的缓冲区。
并发和并行
并发：两个及以上的任务在同一时间段执行
并行：两个及以上的任务同一时刻执行。
同步和异步
同步：等待后响应后才能继续执行。
异步：不需要等待响应就可以继续执行。
为什么使用多线程？
**计算机层面：**线程的切换比进程小很多，线程要比进程轻量级很多。多核CPU意味着可以有多个线程。
**高并发场景层面来说：**多线程是高并发层面的基础，利用好多线程的机制可以大大的提高系统整体的并发能力以及性能。
在计算机底层CPU来说： 在单核时代多线程主要为了提高单线程利用CPU和IO的效率，CPU 和 IO 设备只有一个在运行，而在使用多线程就不会。
在多核多线程时代，假如我们创建一个线程，都会有一个CPU核心执行，如果我们多线程，就会分配到多个核心
单核CPU上运行多线程效率一定高吗
一般来说有2种类型线程，分别为CPU密集型和IO密集型，CPU密集型需要占用大量的CPU资源，比如执行计算和逻辑处理。这么来说会慢（因为频繁的切换线程导致了系统开销），IO密集型主要进行输入输出操作，如读写文件、网络通信、等待IO设备响应。这么来着就会快（多个线程可以利用等待IO的时间，提高了效率）。
线程的生命周期和状态
new：初始状态，线程被创建出来但是没有调用start()
ready: 可运行状态。执行了start方法
running：运行状态，CPU时间片给可运行状态运行权利了。
blocked: 堵塞状态，需要等待锁的释放。
synchronized 代码块或者被wait唤醒重新进入synchronized方法等待锁。
waiting：表示当前线程需要等待其他线程做出一些特定的动作(通知或中断) 执行了wait方法
time_wating：超时等待，可以在指定时间内自行返回，而不是像waiting那样一直等地啊。执行了wait(time)（会被notify叫醒） sleep(time)会进入这个状态
Terminated: 终止状态，表示该线程已经运行完毕。执行完run方法
线程的生命周期是随着代码在不同的状态切换的。
上下文切换
上下文切换就是线程当前THerad的信息，留着下次这个Thread恢复使用。
当我们主动让出CPU（Sleep，wait）和我们时间片用完了（操作系统怕一个线程时间太久，其他线程进程饿死）或者 堵塞类型的系统中断，比如请求IO、线程被堵塞就会进行上下文切换。
sleep和wait的区别
共同点，都可以暂停线程的执行，只是他们的关注点不一样。
sleep没有释放锁，wait会释放。
slepp用于暂停执行， wait用于线程之间的交互/通信。
sleep会自动苏醒， wait需要其他线程叫醒，wait(long time)也可以等待超时苏醒， 然后重新获取锁，。
sleep是Thread类的静态方法，wait是Object的本地方法.
为什么wait方法在Object
因为wait关注点是在有对象锁的线程实现等待，会自动释放当前线程锁占用的锁进入waiting状态，因为，每个对象都有对象锁。
为什么sleep方法在Thread
因为sleep是让当前线程暂停执行，不需要锁。
可以直接调用 Thread 类的 run 方法吗？
可以，但是只会当做一个普通方法执行， 因为start方法会进入可执行状态，等待CPU的使用权力，而执行运行run方法只会看作一个普通线程。