線程的同步是Java多線程編程的難點，往往開發者搞不清楚什麽是競爭資源、什麽時候需要考慮同步，怎麽同步等等問題，當然，這些問題沒有很明確的答案，但有些原則問題需要考慮，是否有競爭資源被同時改動的問題？對於同步，在具體的Java代碼中需要完成以下兩個操作：把競爭訪問的資源標識為private；同步哪些修改變量的代碼，使用synchronized關鍵字同步方法或代碼。當然這不是唯壹控制並發安全的途徑。synchronized關鍵字使用說明synchronized只能標記非抽象的方法，不能標識成員變量。為了演示同步方法的使用，構建了壹個信用卡賬戶，起初信用額為100w，然後模擬透支、存款等多個操作。顯然銀行賬戶User對象是個競爭資源，而多個並發操作的是賬戶方法oper(int x），當然應該在此方法上加上同步，並將賬戶的余額設為私有變量，禁止直接訪問。
工作原理
線程是進程中的實體，壹個進程可以擁有多個線程，壹個線程必須有壹個父進程。線程不擁有系統資源，只有運行必須的壹些數據結構；它與父進程的其它線程***享該進程所擁有的全部資源。線程可以創建和撤消線程，從而實現程序的並發執行。壹般，線程具有就緒、阻塞和運行三種基本狀態。
在多中央處理器的系統裏，不同線程可以同時在不同的中央處理器上運行，甚至當它們屬於同壹個進程時也是如此。大多數支持多處理器的操作系統都提供編程接口來讓進程可以控制自己的線程與各處理器之間的關聯度（affinity）。
有時候，線程也稱作輕量級進程。就象進程壹樣，線程在程序中是獨立的、並發的執行路徑，每個線程有它自己的堆棧、自己的程序計數器和自己的局部變量。但是，與分隔的進程相比，進程中的線程之間的隔離程度要小。它們***享內存、文件句柄和其它每個進程應有的狀態。
進程可以支持多個線程，它們看似同時執行，但互相之間並不同步。壹個進程中的多個線程***享相同的內存地址空間，這就意味著它們可以訪問相同的變量和對象，而且它們從同壹堆中分配對象。盡管這讓線程之間***享信息變得更容易，但您必須小心，確保它們不會妨礙同壹進程裏的其它線程。
Java 線程工具和 API看似簡單。但是，編寫有效使用線程的復雜程序並不十分容易。因為有多個線程***存在相同的內存空間中並***享相同的變量，所以您必須小心，確保您的線程不會互相幹擾。
線程屬性
為了正確有效地使用線程，必須理解線程的各個方面並了解Java 實時系統。必須知道如何提供線程體、線程的生命周期、實時系統如 何調度線程、線程組、什麽是幽靈線程（Demo nThread）。
線程體
所有的操作都發生在線程體中，在Java中線程體是從Thread類繼承的run（）方法，或實現Runnable接口的類中的run（）方法。當線程產生並初始化後，實時系統調用它的run（）方法。run（）方法內的代碼實現所產生線程的行為，它是線程的主要部分。
線程狀態
附圖表示了線程在它的生命周期內的任何時刻所能處的狀態以及引起狀態改變的方法。這圖並不是完整的有限狀態圖，但基本概括了線程中比較感興趣和普遍的方面。以下討論有關線程生命周期以此為據。
●新線程態（New Thread)
產生壹個Thread對象就生成壹個新線程。當線程處於新線程狀態時，僅僅是壹個空線程對象，它還沒有分配到系統資源。因此只能啟動或終止它。任何其他操作都會引發異常。例如，壹個線程調用了new方法之後，並在調用start方法之前的處於新線程狀態，可以調用start和stop方法。
●可運行態（Runnable)
start（）方法產生運行線程所必須的資源，調度線程執行，並且調用線程的run（）方法。在這時線程處於可運行態。該狀態不稱為運行態是因為這時的線程並不總是壹直占用處理機。特別是對於只有壹個處理機的PC而言，任何時刻只能有壹個處於可運行態的線程占用處理 機。Java通過調度來實現多線程對處理機的***享。註意，如果線程處於Runnable狀態，它也有可能不在運行，這是因為還有優先級和調度問題。
●阻塞/非運行態（Not Runnable)
當以下事件發生時，線程進入非運行態。
①suspend()方法被調用；
②sleep()方法被調用；
③線程使用wait()來等待條件變量；
④線程處於I/O請求的等待。
●死亡態（Dead)
當run（）方法返回，或別的線程調用stop（）方法，線程進入死亡態。通常Applet使用它的stop（）方法來終止它產生的所有線程。
線程的本操作：
派生：線程在進程內派生出來，它即可由進程派生，也可由線程派生。
阻塞（Block）：如果壹個線程在執行過程中需要等待某個事件發生，則被阻塞。
激活（unblock）：如果阻塞線程的事件發生，則該線程被激活並進入就緒隊列。
調度（schedule）：選擇壹個就緒線程進入執行狀態。
結束（Finish）：如果壹個線程執行結束，它的寄存器上下文以及堆棧內容等將被釋放。
圖2 線程的狀態與操作
線程的另壹個執行特性是同步。線程中所使用的同步控制機制與進程中所使用的同步控制機制相同。
線程優先級
雖然我們說線程是並發運行的。然而事實常常並非如此。正如前面談到的，當系統中只有壹個CPU時，以某種順序在單CPU情況下執行多線程被稱為調度（scheduling）。Java采用的是壹種簡單、固定的調度法，即固定優先級調度。這種算法是根據處於可運行態線程的相對優先級來實行調度。當線程產生時，它繼承原線程的優先級。在需要時可對優先級進行修改。在任何時刻，如果有多條線程等待運行，系統選擇優先級最高的可運行線程運行。只有當它停止、自動放棄、或由於某種原因成為非運行態低優先級的線程才能運行。如果兩個線程具有相同的優先級，它們將被交替地運行。 Java實時系統的線程調度算法還是強制性的，在任何時刻，如果壹個比其他線程優先級都高的線程的狀態變為可運行態，實時系統將選擇該線程來運行。壹個應用程序可以通過使用線程中的方法setPriority(int），來設置線程的優先級大小。
有線程進入了就緒狀態，需要有線程調度程序來決定何時執行，根據優先級來調度。
線程中的join()可以用來邀請其他線程先執行(示例代碼如下)：
packageorg.thread.test;publicclassJoin01implementsRunnable{publicstaticvoidmain(String[]args){for(inti=0;i<20;i++){if(i==5){Join01j=newJoin01();Threadt=newThread(j);t.setName(被邀請先執行的線程.);t.start();try{//邀請這個線程，先執行t.join();}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}}System.out.println(沒被邀請的線程。+(i+1));}}publicvoidrun(){for(inti=0;i<10;i++){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+(i+1));}}}
yield()告訴系統把自己的CPU時間讓掉，讓其他線程或者自己運行，示例代碼如下:
packageorg.thread.test;
publicclassYield01
{
publicstaticvoidmain(String[]args)
{
YieldFirstyf=newYieldFirst();
YieldSecondys=newYieldSecond();
YieldThirdyt=newYieldThird();
yf.start();ys.start();yt.start();
}
}
classYieldFirstextendsThread
{
@Overridepublicvoidrun()
{
for(inti=0;i<10;i++)
{
System.out.println(第壹個線程第+(i+1)+次運行.);//讓當前線程暫停yield();
}
}
}
classYieldSecondextendsThread
{
@Overridepublicvoidrun()
{
for(inti=0;i<10;i++)
{
System.out.println(第二個線程第+(i+1)+次運行.);//讓當前線程暫停yield();
<a href=mailto:}}}classYieldThirdextendsThread{@Overridepublicvoidrun(){for(inti=0;i}
}
}
classYieldThirdextendsThread
{
@Overridepublicvoidrun(){for(inti=0;i<10;i++)
{
System.out.println(第三個線程第+(i+1)+次運行.);//讓當前線程暫停yield();
}
}
幽靈線程
任何壹個Java線程都能成為幽靈線程。它是作為運行於同壹個進程內的對象和線程的服務提供者。例如，HotJava瀏覽器有壹個稱為 後臺圖片閱讀器的幽靈線程,它為需要圖片的對象和線程從文件系統或網絡讀入圖片。 幽靈線程是應用中典型的獨立線程。它為同壹應用中的其他對象和線程提供服務。幽靈線程的run（）方法壹般都是無限循環，等待服務請求。
線程組
每個Java線程都是某個線程組的成員。線程組提供壹種機制，使得多個線程集於壹個對象內，能對它們實行整體操作。譬如，妳能用壹個方法調用來啟動或掛起組內的所有線程。Java線程組由ThreadGroup類實現。
當線程產生時，可以指定線程組或由實時系統將其放入某個缺省的線程組內。線程只能屬於壹個線程組，並且當線程產生後不能改變它所屬的線程組。
多線程
對於多線程的好處這就不多說了。但是，它同樣也帶來了某些新的麻煩。只要在設計程序時特別小心留意，克服這些麻煩並不算太困難。在生成線程時必須將線程放在指定的線程組，也可以放在缺省的線程組中，缺省的就是生成該線程的線程所在的線程組。壹旦壹個線程加入了某個線程組，不能被移出這個組。
同步線程
許多線程在執行中必須考慮與其他線程之間***享數據或協調執行狀態。這就需要同步機制。在Java中每個對象都有壹把鎖與之對應。但Java不提供單獨的lock和unlock操作。它由高層的結構隱式實現，來保證操作的對應。（然而，我們註意到Java虛擬機提供單獨的monito renter和monitorexit指令來實現lock和
unlock操作。） synchronized語句計算壹個對象引用，試圖對該對象完成鎖操作，並且在完成鎖操作前停止處理。當鎖操作完成synchronized語句體得到執行。當語句體執行完畢（無論正常或異常），解鎖操作自動完成。作為面向對象的語言，synchronized經常與方法連用。壹種比較好的辦法是，如果某個變量由壹個線程賦值並由別的線程引用或賦值，那麽所有對該變量的訪問都必須在某個synchromized語句或synchronized方法內。
現在假設壹種情況：線程1與線程2都要訪問某個數據區，並且要求線程1的訪問先於線程2，則這時僅用synchronized是不能解決問題的。這在Unix或Windows NT中可用Simaphore來實現。而Java並不提供。在Java中提供的是wait()和notify()機制。使用如下：
synchronizedmethod_1(/*……*/){//calledbythread1.//accessdataareaavailable=true;notify();}synchronizedmethod_2(/*……*/){//calledbythread2.while(!available)try{wait();//waitfornotify().}catch(InterruptedExceptione){}//accessdataarea}
其中available是類成員變量，置初值為false。
如果在method-2中檢查available為假，則調用wait（）。wait（）的作用是使線程2進入非運行態，並且解鎖。在這種情況下，method-1可以被線程1調用。當執行notify（）後。線程2由非運行態轉變為可運行態。當method-1調用返回後。線程2可重新對該對象加鎖，加鎖成功後執行wait（）返回後的指令。這種機制也能適用於其他更復雜的情況。
死鎖
如果程序中有幾個競爭資源的並發線程，那麽保證均衡是很重要的。系統均衡是指每個線程在執行過程中都能充分訪問有限的資源。系統中沒有餓死和死鎖的線程。Java並不提供對死鎖的檢測機制。對大多數的Java程序員來說防止死鎖是壹種較好的選擇。最簡單的防止死鎖的方法是對競爭的資源引入序號，如果壹個線程需要幾個資源，那麽它必須先得到小序號的資源，再申請大序號的資源。
優化
Java的多線程安全是基於Lock機制實現的，而Lock的性能往往不如人意。原因是，monitorenter與monitorexit這兩個控制多線程同步的bytecode原語，是JVM依賴操作系統互斥（mutex）來實現的。而互斥是壹種會導致線程掛起，並在較短的時間內又需要重新調度回原線程的，較為消耗資源的操作。所以需要進行對線程進行優化，提高效率。
輕量級鎖
輕量級鎖（Lightweight Locking）是從Java6開始引入的概念，本意是為了減少多線程進入互斥的幾率，並不是要替代互斥。它利用了CPU原語Compare-And-Swap(CAS，匯編指令CMPXCHG），嘗試在進入互斥前，進行補救。下面將詳細介紹JVM如何利用CAS，實現輕量級鎖。
Java Object Model中定義，Object Header是壹個2字（1 word = 4 byte）長度的存儲區域。第壹個字長度的區域用來標記同步，GC以及hash code等，官方稱之為 mark word。第二個字長度的區域是指向到對象的Class。在2個word中，mark word是輕量級鎖實現的關鍵，其結構見右表。
從表中可以看到，state為lightweight locked的那行即為輕量級鎖標記。bitfieds名為指向lock record的指針，這裏的lock record，其實是壹塊分配在線程堆棧上的空間區域。用於CAS前，拷貝object上的mark word。第三項是重量級鎖標記。後面的狀態單詞很有趣，inflated，譯為膨脹，在這裏意思其實是鎖已升級到OS-level。壹般我們只關註第二和第三項即可。lock，unlock與mark word之間的聯系如右圖所示。在圖中，提到了拷貝object mark word，由於脫離了原始mark word，官方將它冠以displaced前綴，即displaced mark word（置換標記字）。這個displaced mark word是整個輕量級鎖實現的關鍵，在CAS中的compare就需要用它作為條件。
在拷貝完object mark word之後，JVM做了壹步交換指針的操作，即流程中第壹個橙色矩形框內容所述。將object mark word裏的輕量級鎖指針指向lock record所在的stack指針，作用是讓其他線程知道，該object monitor已被占用。lock record裏的owner指針指向object mark word的作用是為了在接下裏的運行過程中，識別哪個對象被鎖住了。
最後壹步unlock中，我們發現，JVM同樣使用了CAS來驗證object mark word在持有鎖到釋放鎖之間，有無被其他線程訪問。如果其他線程在持有鎖這段時間裏，嘗試獲取過鎖，則可能自身被掛起，而mark word的重量級鎖指針也會被相應修改。此時，unlock後就需要喚醒被掛起的線程。
偏向鎖
Java偏向鎖（Biased Locking）是Java 6引入的壹項多線程優化。它通過消除資源無競爭情況下的同步原語，進壹步提高了程序的運行性能。它與輕量級鎖的區別在於，輕量級鎖是通過CAS來避免進入開銷較大的互斥操作，而偏向鎖是在無競爭場景下完全消除同步，連CAS也不執行（CAS本身仍舊是壹種操作系統同步原語，始終要在JVM與OS之間來回，有壹定的開銷）。所謂的無競爭場景，就是單線程訪問帶同步的資源或方法。
偏向鎖，顧名思義，它會偏向於第壹個訪問鎖的線程，如果在接下來的運行過程中，該鎖沒有被其他的線程訪問，則持有偏向鎖的線程將永遠不需要觸發同步。如果在運行過程中，遇到了其他線程搶占鎖，則持有偏向鎖的線程會被掛起，JVM會嘗試消除它身上的偏向鎖，將鎖恢復到標準的輕量級鎖。（偏向鎖只能在單線程下起作用）。
偏向模式和非偏向模式，在mark word表中，主要體現在thread ID字段是否為空。
掛起持有偏向鎖的線程，這步操作類似GC的pause，但不同之處是，它只掛起持有偏向鎖的線程（非當前線程）。
在搶占模式的橙色區域說明中有提到，指向當前堆棧中最近的壹個lock record（在輕量級鎖中，lock record是進入鎖前會在stack上創建的壹份內存空間）。這裏提到的最近的壹個lock record，其實就是當前鎖所在的stack frame上分配的lock record。整個步驟是從偏向鎖恢復到輕量級鎖的過程。
偏向鎖也會帶來額外開銷。在JDK6中，偏向鎖是默認啟用的。它提高了單線程訪問同步資源的性能。
但試想壹下，如果妳的同步資源或代碼壹直都是多線程訪問的，那麽消除偏向鎖這壹步驟對妳來說就是多余的。事實上，消除偏向鎖的開銷還是蠻大的。所以在妳非常熟悉自己的代碼前提下，大可禁用偏向鎖 -XX:-UseBiasedLocking。
分類
線程有兩個基本類型：
用戶級線程：管理過程全部由用戶程序完成，操作系統內核心只對進程進行管理。
系統級線程（核心級線程）：由操作系統內核進行管理。操作系統內核給應用程序提供相應的系統調用和應用程序接口API，以使用戶程序可以創建、執行、撤消線程。
舉例UNIX International 線程
UNIX International 線程的頭文件是<thread.h> ，僅適用於Sun Solaris操作系統。所以UNIX International線程也常被俗稱為Solaris線程。
1.創建線程
intthr_create(void*stack_base,size_tstack_size,void*(*start_routine)(void*),void*arg,longflags,thread_t*new_thr);
2.等待線程
intthr_join(thread_twait_for,thread_t*dead,void**status);
3.掛起線程
intthr_suspend(thread_tthr);
4.繼續線程
intthr_continue(thread_tthr);
5.退出線程
voidthr_exit(void*status);
6.返回當前線程的線程標識符
thread_tthr_self(void);POSIX線程
POSIX線程（Pthreads）的頭文件是<pthread.h>，適用於類Unix操作系統。Windows操作系統並沒有對POSIX線程提供原生的支持庫。不過Win32的POSIX線程庫的壹些實現也還是有的，例如pthreads-w32 。
1.創建線程
intpthread_create(pthread_t*thread,constpthread_attr_t*attr,void*(*start_routine)(void*),void*arg);
2.等待線程
intpthread_join(pthread_tthread,void**retval);
3.退出線程
voidpthread_exit(void*retval);
4.返回當前線程的線程標識符
pthread_tpthread_self(void);
5.線程取消
intpthread_cancel(pthread_tthread);Win32線程
Win32線程的頭文件是<Windows.h>，適用於Windows操作系統。
1.創建線程
HANDLEWINAPICreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,SIZE_TdwStackSize,LPTHREAD_START_ROUTINElpStartAddress,LPVOIDlpParameter,DWORDdwCreationFlags,LPDWORDlpThreadId);
2.結束本線程
VOIDWINAPIExitThread(DWORDdwExitCode);
3.掛起指定的線程
DWORDWINAPISuspendThread(HANDLEhThread);
4.恢復指定線程運行
DWORDWINAPIResumeThread(HANDLEhThread);
5.等待線程運行完畢
DWORDWINAPIWaitForSingleObject(HANDLEhHandle,DWORDdwMilliseconds);
6.返回當前線程的線程標識符
DWORDWINAPIGetCurrentThreadId(void);
7.返回當前線程的線程句柄
HANDLEWINAPIGetCurrentThread(void);C++ 11 線程
C++ 11 線程的頭文件是<thread>。 創建線程
std::thread::thread(Function&& f, Args&&... args); 等待線程結束
std::thread::join(); 脫離線程控制
std::thread::detach(); 交換線程
std::thread::swap( thread& other ); C 11 線程
C11線程的頭文件是<threads.h>。
C11線程僅僅是個“建議標準”，也就是說100%遵守C11標準的C編譯器是可以不支持C11線程的。根據C11標準的規定，只要編譯器預定義了__STDC_NO_THREADS__宏，就可以沒有<threads.h>頭文件，自然也就也沒有下列函數。
1.創建線程
intthrd_create(thrd_t*thr,thrd_start_tfunc,void*arg);
2.結束本線程
_Noreturnvoidthrd_exit(intres);
3.等待線程運行完畢
intthrd_join(thrd_tthr,int*res);
4.返回當前線程的線程標識符
thrd_tthrd_current();Java線程
1）最簡單的情況是，Thread/Runnable的run()方法運行完畢，自行終止。
2）對於更復雜的情況，比如有循環，則可以增加終止標記變量和任務終止的檢查點。
3）最常見的情況，也是為了解決阻塞不能執行檢查點的問題，用中斷來結束線程，但中斷只是請求，並不能完全保證線程被終止，需要執行線程協同處理。
4）IO阻塞和等鎖情況下需要通過特殊方式進行處理。
5）使用Future類的cancel()方法調用。
6）調用線程池執行器的shutdown()和shutdownNow()方法。
7）守護線程會在非守護線程都結束時自動終止。
8）Thread的stop()方法，但已不推薦使用。
線程的組成
1）壹組代表處理器狀態的CPU寄存器中的內容
2）兩個棧，壹個用於當線程在內核模式下執行的時候，另壹個用於線程在用戶模式下執行的時候
3）壹個被稱為線程局部存儲器（TLS，thread-local storage）的私有儲存區域，各個子系統、運行庫和DLL都會用到該儲存區域
4）壹個被稱為線程ID（thread ID，線程標識符）的唯壹標識符（在內部也被稱為客戶ID——進程ID和線程ID是在同壹個名字空間中生產的，所以它們永遠 不會重疊）
5）有時候線程也有它們自己的安全環境，如果多線程服務器應用程序要模仿其客戶的安全環境，則往往可以利用線程的安全環境