多线程和虚拟机
之前在网上看到的一些关于虚拟机和线程的讲解，讲得比较的通俗易懂，在这里做个整理，方便以后查看。其实理解下来，这些信息都能联系到之前在大学上的操作系统这门课，虚拟机、线程、cpu运行等等，这样理解和延伸就变容易很多了。（现在很后悔当时没好好听课啊。。）
虚拟机
Java程序运行在虚拟机上，而虚拟机又与操作系统打交道，最终通过二进制指令操纵电子电路运行，完成数据的读取、存储、运算和输出。
虚拟机在加载.class文件是，会在内存开辟一块区域“方法区”，专门用来存储类的基本信息，同时在“堆”区为这些类生成一个Class对象，作为类的镜像或模具，为反射提供基础。程序运行过程中，对象不断地生成和死亡，有的朝生暮死（大部分对象，例如方法内部生成的临时对象），有的壮年而亡，有的长命百岁，有的长生不死除非世界毁灭（虚拟机关闭）。对象生要吃喝死了要埋，所以虚拟机需要不停得去申请内存、回收内存。对象的生成方法有很多，new、反射等，对象回收的方法也很多，GC回收、标记-清除、复制、标记-整理等等。
垃圾回收，首先我们要知道什么是垃圾、为什么产生、如何回收。我所理解简单的垃圾回收，是后台启动一个线程，设置一定条件（间隔时间、资源阈值等），达到后扫描垃圾对象并清除，然后继续执行原来的程序。如果要更深层的研究，则需要考虑到效率、安全性等因素。举个例子：
对象生命周期不同，使用同一种回收机制（例如设置间隔时间）这样处理的效率是非常低的，对原程序的运行也会有不可预知的影响。那么我们可以这么改进：
- 根据对象的生命周期不同作为一个特性，用来划分不同的运行堆区，每个区采用不同的清理算法；
- 根据多核特性，启动多个回收线程一起跑；
由上述的内容，虚拟机优化就有两个大方向：各个区的大小如何最优划分、GC回收算法如何选择最优，映射到技术层面就是JVM参数调整。
多线程
程序运行的时候，占有cpu和内存资源，而cpu运算的时候需要从内存（很多时候是缓存）取值，然后放入寄存器参与运算，得到结果后先放入寄存器，再放回内存。程序执行的指令集也在放在寄存器中，它记录了当前程序执行的地址。一句话概括就是：程序=数据结构+算法。
线程执行是语言指令寄存器的，也就是当你切换线程的时候，需要从虚拟机的程序计数器（PC）把该线程的执行指令放到寄存器，当然线程涉及的其他资源也要切换，例如IO设备。这些都是需要耗费资源的，也就是常说的线程的上下文切换。cpu在执行程序的时候，需要准备程序执行指令所需的寄存器的值，以及所涉及的设备（文件系统、网络资源等），所以说线程创建是一个很大的开销，这也就解释了线程是cpu执行的最小单位了。
延伸一个问题，为什么单线程比多线程快？如上所述线程创建时cpu会分配资源，切换线程时其他资源也需要切换，在单线程模式下，资源都是线程本身的，不存在与其他线程共享与竞争其他资源的情况。
Java Thread的start方法和run方法的区别
由上述关于多线程的内容可知，start方法会在线程开始执行的时候准备线程所需的资源，而run方法则是相当于普通的方法调用，程序依然运行在主线程中。因此在多线程应用中，调用start方法后，线程必须的资源虚拟机会自动分配，我们所需要关心的只是告诉线程我们想做什么。
从此我们可以延伸出实现线程的方式：
- 继承Thread，重写run方法；
- 实现Runnable接口，实现run方法；
- 实现Callable接口，回调获取线程结果；
方法1使用了继承，方法2、3使用了组合，内部持有了所需实现的类，会让程序更加灵活。（这里可以对应到“多用组合少用继承”的开发原则）。
synchronized关键字与同步机制
一个数值，进入cpu运算，需要经过内存->多级缓存->寄存器。当多线程运算同一个数值是，需要把值从主内存拿到该线程工作的内存单元（寄存器）中，当一个线程计算完毕（CPU会优先把计算结果放到寄存器），还没来得及将数值刷新到主内存，这时候其他线程从主内存取到的是旧值。JVM运行的每个线程都有自己的线程栈，不同线程运行时，都需要复制主内存的一份副本到自身的工作内存。如何保证每个线程拿到的数据都是最新的，这就是同步机制。
synchronized关键字就是给数据上个锁，共享变量同一时刻只允许一个线程去操作，其他线程必须等待锁释放后才可以进入。这里可以联系到上厕所模型，然后就可以延伸出锁的类型了。
但有些时候，我们不关心共享值在被谁操作，我们只关心这个值当前是什么。所以就有了volatile。很多博客对该关键词的描述是：保证可见性，不保证原子性。我们来拆解（拆分理解）一下这句话。
一个共享变量声明为volatile，等于告诉虚拟机控制所有的线程：这个变量有点帅，要请他需要他的老家（主内存）来，回来时也要尽快送回去。所以，CPU计算时从主内存取值，计算完毕后直接存入主内存，不会写到缓存了。这就是所谓的“可见性”，这个值当前是什么，我们是完全知道的。至于原子性，由上可知谁都可以取值来进行运算。