Java多线程和并发基础面试总结
目录
一、Java多线程面试问题
1.1. 进程和线程之间有什么不同？
1.2. 多线程编程的好处是什么？
1.3. 用户线程和守护线程有什么区别？
1.4. 我们如何创建一个线程？
1.5. 有哪些不同的线程生命周期？
1.6. 可以直接调用Thread类的run()方法么？
1.7. 如何让正在运行的线程暂停一段时间？
1.8. 你对线程优先级的理解是什么？
1.9. 什么是线程调度器(Thread Scheduler)和时间分片(Time Slicing)？
1.10. 在多线程中，什么是上下文切换(context-switching)？
1.11. 你如何确保main()方法所在的线程是Java程序最后结束的线程？
1.12. 线程之间是如何通信的？
1.13. 为什么线程通信的方法wait(), notify()和notifyAll()被定义在Object类里？
1.14. 为什么wait(), notify()和notifyAll()必须在同步方法或者同步块中被调用？
1.15. 为什么Thread类的sleep()和yield()方法是静态的？
1.16. 如何确保线程安全？
1.17. volatile关键字在Java中有什么作用？
1.18. 同步方法和同步块，哪个是更好的选择？
1.19. 如何创建守护线程？
1.20. 什么是ThreadLocal?
1.21. 什么是Thread Group？为什么建议使用它？
1.22. 什么是Java线程转储(Thread Dump)，如何得到它？
1.23. 什么是死锁(Deadlock)？如何分析和避免死锁？
1.24. 什么是Java Timer类？如何创建一个有特定时间间隔的任务？
1.25. 什么是线程池？如何创建一个Java线程池？
1.26. Java中你怎样唤醒一个阻塞的线程？
1.27. 在Java中CycliBarriar和CountdownLatch有什么区别？
1.27. 在java中wait和sleep方法的不同？
二、Java并发面试问题
2.1. 什么是原子操作？在Java Concurrency API中有哪些原子类(atomic classes)？
2.2. Java Concurrency API中的Lock接口(Lock interface)是什么？对比同步它有什么优势？
2.3. 为什么使用Executor框架比使用应用创建和管理线程好？
2.4. 什么是阻塞队列？如何使用阻塞队列来实现生产者-消费者模型？
2.5. 什么是Callable和Future?
2.6. 什么是FutureTask?
2.7. 什么是并发容器的实现？
2.8. Executor和Executors的区别？
2.9. Java Concurrency API中的Lock接口(Lock interface)是什么？对比同步它有什么优势？
2.10. 什么是可重入锁？
2.11. 乐观锁和悲观锁的理解及如何实现，有哪些实现方式？
2.12. CAS是什么？
2.13. 谈谈你对volatile的理解？
2.14. 谈谈JMM的理解？
一、Java多线程面试问题
1.1. 进程和线程之间有什么不同？
一个进程是一个独立(self contained)的运行环境，它可以被看作一个程序或者一个应用。而线程是在进程中执行的一个任务。Java运行环境是一个包含了不同的类和程序的单一进程。线程可以被称为轻量级进程。线程需要较少的资源来创建和驻留在进程中，并且可以共享进程中的资源。
1.2. 多线程编程的好处是什么？
在多线程程序中，多个线程被并发的执行以提高程序的效率，CPU不会因为某个线程需要等待资源而进入空闲状态。多个线程共享堆内存(heap memory)，因此创建多个线程去执行一些任务会比创建多个进程更好。举个例子，Servlets比CGI更好，是因为Servlets支持多线程而CGI不支持。
1.3. 用户线程和守护线程有什么区别？
当我们在Java程序中创建一个线程，它就被称为用户线程。一个守护线程是在后台执行并且不会阻止JVM终止的线程。当没有用户线程在运行的时候，JVM关闭程序并且退出。一个守护线程创建的子线程依然是守护线程。
1.4. 我们如何创建一个线程？
常见有两种创建线程的方法：一是实现Runnable接口，然后将它传递给Thread的构造函数，创建一个Thread对象；二是直接继承Thread类。
1.5. 有哪些不同的线程生命周期？
当我们在Java程序中新建一个线程时，它的状态是New。当我们调用线程的start()方法时，状态被改变为Runnable。线程调度器会为Runnable线程池中的线程分配CPU时间并且将它们的状态改变为Running。
1.6. 可以直接调用Thread类的run()方法么？
当然可以，但是如果我们调用了Thread的run()方法，它的行为就会和普通的方法一样，为了在新的线程中执行我们的代码，必须使用Thread.start()方法。
1.7. 如何让正在运行的线程暂停一段时间？
我们可以使用Thread类的Sleep()方法让线程暂停一段时间。需要注意的是，这并不会让线程终止，一旦从休眠中唤醒线程，线程的状态将会被改变为Runnable，并且根据线程调度，它将得到执行。
1.8. 你对线程优先级的理解是什么？
每一个线程都是有优先级的，一般来说，高优先级的线程在运行时会具有优先权，但这依赖于线程调度的实现，这个实现是和操作系统相关的(OS dependent)。我们可以定义线程的优先级，但是这并不能保证高优先级的线程会在低优先级的线程前执行。线程优先级是一个int变量(从1-10)，1代表最低优先级，10代表最高优先级。
1.9. 什么是线程调度器(Thread Scheduler)和时间分片(Time Slicing)？
线程调度器是一个操作系统服务，它负责为Runnable状态的线程分配CPU时间。一旦我们创建一个线程并启动它，它的执行便依赖于线程调度器的实现。
时间分片是指将可用的CPU时间分配给可用的Runnable线程的过程。分配CPU时间可以基于线程优先级或者线程等待的时间。线程调度并不受到Java虚拟机控制，所以由应用程序来控制它是更好的选择（也就是说不要让你的程序依赖于线程的优先级）。
1.10. 在多线程中，什么是上下文切换(context-switching)？
上下文切换是存储和恢复CPU状态的过程，它使得线程执行能够从中断点恢复执行。上下文切换是多任务操作系统和多线程环境的基本特征。
1.11. 你如何确保main()方法所在的线程是Java程序最后结束的线程？
我们可以使用Thread类的join()方法来确保所有程序创建的线程在main()方法退出前结束。
1.12. 线程之间是如何通信的？
当线程间是可以共享资源时，线程间通信是协调它们的重要的手段。Object类中wait()\notify()\notifyAll()方法可以用于线程间通信关于资源的锁的状态。
1.13. 为什么线程通信的方法wait(), notify()和notifyAll()被定义在Object类里？
Java的每个对象中都有一个锁(monitor，也可以成为监视器) 并且wait()，notify()等方法用于等待对象的锁或者通知其他线程对象的监视器可用。在Java的线程中并没有可供任何对象使用的锁和同步器。这就是为什么这些方法是Object类的一部分，这样Java的每一个类都有用于线程间通信的基本方法
1.14. 为什么wait(), notify()和notifyAll()必须在同步方法或者同步块中被调用？
当一个线程需要调用对象的wait()方法的时候，这个线程必须拥有该对象的锁，接着它就会释放这个对象锁并进入等待状态直到其他线程调用这个对象上的notify()方法。同样的，当一个线程需要调用对象的notify()方法时，它会释放这个对象的锁，以便其他在等待的线程就可以得到这个对象锁。由于所有的这些方法都需要线程持有对象的锁，这样就只能通过同步来实现，所以他们只能在同步方法或者同步块中被调用。
1.15. 为什么Thread类的sleep()和yield()方法是静态的？
Thread类的sleep()和yield()方法将在当前正在执行的线程上运行。所以在其他处于等待状态的线程上调用这些方法是没有意义的。这就是为什么这些方法是静态的。它们可以在当前正在执行的线程中工作，并避免程序员错误的认为可以在其他非运行线程调用这些方法。
1.16. 如何确保线程安全？
在Java中可以有很多方法来保证线程安全——同步，使用原子类(atomic concurrent classes)，实现并发锁，使用volatile关键字，使用不变类和线程安全类。在线程安全教程中，你可以学到更多。
1.17. volatile关键字在Java中有什么作用？
当我们使用volatile关键字去修饰变量的时候，所以线程都会直接读取该变量并且不缓存它。这就确保了线程读取到的变量是同内存中是一致的。
1.18. 同步方法和同步块，哪个是更好的选择？
同步块是更好的选择，因为它不会锁住整个对象（当然你也可以让它锁住整个对象）。同步方法会锁住整个对象，哪怕这个类中有多个不相关联的同步块，这通常会导致他们停止执行并需要等待获得这个对象上的锁。
1.19. 如何创建守护线程？
使用Thread类的setDaemon(true)方法可以将线程设置为守护线程，需要注意的是，需要在调用start()方法前调用这个方法，否则会抛出IllegalThreadStateException异常。
1.20. 什么是ThreadLocal?
ThreadLocal用于创建线程的本地变量，我们知道一个对象的所有线程会共享它的全局变量，所以这些变量不是线程安全的，我们可以使用同步技术。但是当我们不想使用同步的时候，我们可以选择ThreadLocal变量。
每个线程都会拥有他们自己的Thread变量，它们可以使用get()\set()方法去获取他们的默认值或者在线程内部改变他们的值。ThreadLocal实例通常是希望它们同线程状态关联起来是private static属性。
1.21. 什么是Thread Group？为什么建议使用它？
ThreadGroup是一个类，它的目的是提供关于线程组的信息。
ThreadGroup API比较薄弱，它并没有比Thread提供了更多的功能。它有两个主要的功能：一是获取线程组中处于活跃状态线程的列表；二是设置为线程设置未捕获异常处理器(ncaught exception handler)。但在Java 1.5中Thread类也添加了setUncaughtExceptionHandler(UncaughtExceptionHandler eh) 方法，所以ThreadGroup是已经过时的，不建议继续使用。
t1.setUncaughtExceptionHandler(new UncaughtExceptionHandler(){
@Override
public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
System.out.println("exception occured:"+e.getMessage());
}
});1.22. 什么是Java线程转储(Thread Dump)，如何得到它？
线程转储是一个JVM活动线程的列表，它对于分析系统瓶颈和死锁非常有用。有很多方法可以获取线程转储——使用Profiler，Kill -3命令，jstack工具等等。我更喜欢jstack工具，因为它容易使用并且是JDK自带的。由于它是一个基于终端的工具，所以我们可以编写一些脚本去定时的产生线程转储以待分析。
1.23. 什么是死锁(Deadlock)？如何分析和避免死锁？
死锁是指两个以上的线程永远阻塞的情况，这种情况产生至少需要两个以上的线程和两个以上的资源。
分析死锁，我们需要查看Java应用程序的线程转储。我们需要找出那些状态为BLOCKED的线程和他们等待的资源。每个资源都有一个唯一的id，用这个id我们可以找出哪些线程已经拥有了它的对象锁。
避免嵌套锁，只在需要的地方使用锁和避免无限期等待是避免死锁的通常办法。
1.24. 什么是Java Timer类？如何创建一个有特定时间间隔的任务？
java.util.Timer是一个工具类，可以用于安排一个线程在未来的某个特定时间执行。Timer类可以用安排一次性任务或者周期任务。
java.util.TimerTask是一个实现了Runnable接口的抽象类，我们需要去继承这个类来创建我们自己的定时任务并使用Timer去安排它的执行。
1.25. 什么是线程池？如何创建一个Java线程池？
一个线程池管理了一组工作线程，同时它还包括了一个用于放置等待执行的任务的队列。
java.util.concurrent.Executors提供了一个 java.util.concurrent.Executor接口的实现用于创建线程池。线程池例子展现了如何创建和使用线程池，或者阅读ScheduledThreadPoolExecutor例子，了解如何创建一个周期任务。
1.26. Java中你怎样唤醒一个阻塞的线程？
在Java发展史上曾经使用suspend()、resume()方法对于线程进行阻塞唤醒，但随之出现很多问题，比较典型的还是死锁问题。
解决方案可以使用以对象为目标的阻塞，即利用Object类的wait()和notify()方法实现线程阻塞。
首先，wait、notify方法是针对对象的，调用任意对象的wait()方法都将导致线程阻塞，阻塞的同时也将释放该对象的锁，相应地，调用任意对象的notify()方法则将随机解除该对象阻塞的线程，但它需要重新获取改对象的锁，直到获取成功才能往下执行；其次，wait、notify方法必须在synchronized块或方法中被调用，并且要保证同步块或方法的锁对象与调用wait、notify方法的对象是同一个，如此一来在调用wait之前当前线程就已经成功获取某对象的锁，执行wait阻塞后当前线程就将之前获取的对象锁释放。
1.27. 在Java中CycliBarriar和CountdownLatch有什么区别？
CyclicBarrier可以重复使用，而CountdownLatch不能重复使用。
Java的concurrent包里面的CountDownLatch其实可以把它看作一个计数器，只不过这个计数器的操作是原子操作，同时只能有一个线程去操作这个计数器，也就是同时只能有一个线程去减这个计数器里面的值。
你可以向CountDownLatch对象设置一个初始的数字作为计数值，任何调用这个对象上的await()方法都会阻塞，直到这个计数器的计数值被其他的线程减为0为止。
所以在当前计数到达零之前，await 方法会一直受阻塞。之后，会释放所有等待的线程，await的所有后续调用都将立即返回。这种现象只出现一次——计数无法被重置。如果需要重置计数，请考虑使用 CyclicBarrier。
CountDownLatch的一个非常典型的应用场景是：有一个任务想要往下执行，但必须要等到其他的任务执行完毕后才可以继续往下执行。假如我们这个想要继续往下执行的任务调用一个CountDownLatch对象的await()方法，其他的任务执行完自己的任务后调用同一个CountDownLatch对象上的countDown()方法，这个调用await()方法的任务将一直阻塞等待，直到这个CountDownLatch对象的计数值减到0为止。
CyclicBarrier一个同步辅助类，它允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点 (common barrier point)。在涉及一组固定大小的线程的程序中，这些线程必须不时地互相等待，此时 CyclicBarrier 很有用。因为该 barrier 在释放等待线程后可以重用，所以称它为循环 的 barrier。
1.27. 在java中wait和sleep方法的不同？
最大的不同是在等待时wait会释放锁，而sleep一直持有锁。Wait通常被用于线程间交互，sleep通常被用于暂停执行。
直接了解的深入一点吧：
在Java中线程的状态一共被分成6种：
1）初始态：NEW
创建一个Thread对象，但还未调用start()启动线程时，线程处于初始态。
2）运行态：RUNNABLE
在Java中，运行态包括就绪态 和 运行态。
就绪态 该状态下的线程已经获得执行所需的所有资源，只要CPU分配执行权就能运行。所有就绪态的线程存放在就绪队列中。
运行态 获得CPU执行权，正在执行的线程。由于一个CPU同一时刻只能执行一条线程，因此每个CPU每个时刻只有一条运行态的线程。
3）阻塞态
当一条正在执行的线程请求某一资源失败时，就会进入阻塞态。而在Java中，阻塞态专指请求锁失败时进入的状态。由一个阻塞队列存放所有阻塞态的线程。处于阻塞态的线程会不断请求资源，一旦请求成功，就会进入就绪队列，等待执行。PS：锁、IO、Socket等都资源。
4）等待态
当前线程中调用wait、join、park函数时，当前线程就会进入等待态。也有一个等待队列存放所有等待态的线程。线程处于等待态表示它需要等待其他线程的指示才能继续运行。进入等待态的线程会释放CPU执行权，并释放资源（如：锁）
5）超时等待态
当运行中的线程调用sleep(time)、wait、join、parkNanos、parkUntil时，就会进入该状态；它和等待态一样，并不是因为请求不到资源，而是主动进入，并且进入后需要其他线程唤醒；进入该状态后释放CPU执行权 和 占有的资源。与等待态的区别：到了超时时间后自动进入阻塞队列，开始竞争锁。
6）终止态
线程执行结束后的状态。
注意：
- wait()方法会释放CPU执行权 和 占有的锁。
- sleep(long)方法仅释放CPU使用权，锁仍然占用；线程被放入超时等待队列，与yield相比，它会使线程较长时间得不到运行。
- yield()方法仅释放CPU执行权，锁仍然占用，线程会被放入就绪队列，会在短时间内再次执行。
- wait和notify必须配套使用，即必须使用同一把锁调用；
- wait和notify必须放在一个同步块中调用wait和notify的对象必须是他们所处同步块的锁对象。
二、Java并发面试问题
2.1. 什么是原子操作？在Java Concurrency API中有哪些原子类(atomic classes)？
原子操作是指一个不受其他操作影响的操作任务单元。原子操作是在多线程环境下避免数据不一致必须的手段。
int++并不是一个原子操作，所以当一个线程读取它的值并加1时，另外一个线程有可能会读到之前的值，这就会引发错误。
为了解决这个问题，必须保证增加操作是原子的，在JDK1.5之前我们可以使用同步技术来做到这一点。到JDK1.5，java.util.concurrent.atomic包提供了int和long类型的包装类，它们可以自动的保证对于他们的操作是原子的并且不需要使用同步。
2.2. Java Concurrency API中的Lock接口(Lock interface)是什么？对比同步它有什么优势？
Lock接口比同步方法和同步块提供了更具扩展性的锁操作。他们允许更灵活的结构，可以具有完全不同的性质，并且可以支持多个相关类的条件对象。
它的优势有：
-
可以使锁更公平
-
可以使线程在等待锁的时候响应中断
-
可以让线程尝试获取锁，并在无法获取锁的时候立即返回或者等待一段时间
-
可以在不同的范围，以不同的顺序获取和释放锁
2.3. 为什么使用Executor框架比使用应用创建和管理线程好？
Executor框架同java.util.concurrent.Executor 接口在Java 5中被引入。Executor框架是一个根据一组执行策略调用，调度，执行和控制的异步任务的框架。无限制的创建线程会引起应用程序内存溢出。所以创建一个线程池是个更好的的解决方案，因为可以限制线程的数量并且可以回收再利用这些线程。利用Executors框架可以非常方便的创建一个线程池。
- 为什么要使用Executor线程池框架：
- 每次执行任务创建线程 new Thread()比较消耗性能，创建一个线程是比较耗时、耗资源的。
- 调用 new Thread()创建的线程缺乏管理，被称为野线程，而且可以无限制的创建，线程之间的相互竞争会导致过多占用系统资源而导致系统瘫痪，还有线程之间的频繁交替也会消耗很多系统资源。
- 直接使用new Thread() 启动的线程不利于扩展，比如定时执行、定期执行、定时定期执行、线程中断等都不便实现。
- 使用Executor线程池框架的优点：
- 能复用已存在并空闲的线程从而减少线程对象的创建从而减少了消亡线程的开销。
- 可有效控制最大并发线程数，提高系统资源使用率，同时避免过多资源竞争。
- 框架中已经有定时、定期、单线程、并发数控制等功能。
- 综上所述使用线程池框架Executor能更好的管理线程、提供系统资源使用率。
2.4. 什么是阻塞队列？如何使用阻塞队列来实现生产者-消费者模型？
java.util.concurrent.BlockingQueue的特性是：当队列是空的时，从队列中获取或删除元素的操作将会被阻塞，或者当队列是满时，往队列里添加元素的操作会被阻塞。
阻塞队列不接受空值，当你尝试向队列中添加空值的时候，它会抛出NullPointerException。
阻塞队列的实现都是线程安全的，所有的查询方法都是原子的并且使用了内部锁或者其他形式的并发控制。
BlockingQueue 接口是java collections框架的一部分，它主要用于实现生产者-消费者问题。
2.5. 什么是Callable和Future?
Java 5在concurrency包中引入了java.util.concurrent.Callable 接口，它和Runnable接口很相似，但它可以返回一个对象或者抛出一个异常。
Callable接口使用泛型去定义它的返回类型。Executors类提供了一些有用的方法去在线程池中执行Callable内的任务。由于Callable任务是并行的，我们必须等待它返回的结果。java.util.concurrent.Future对象为我们解决了这个问题。在线程池提交Callable任务后返回了一个Future对象，使用它我们可以知道Callable任务的状态和得到Callable返回的执行结果。Future提供了get()方法让我们可以等待Callable结束并获取它的执行结果。
2.6. 什么是FutureTask?
FutureTask是Future的一个基础实现，我们可以将它同Executors使用处理异步任务。通常我们不需要使用FutureTask类，单当我们打算重写Future接口的一些方法并保持原来基础的实现是，它就变得非常有用。我们可以仅仅继承于它并重写我们需要的方法。
2.7. 什么是并发容器的实现？
Java集合类都是快速失败的，这就意味着当集合被改变且一个线程在使用迭代器遍历集合的时候，迭代器的next()方法将抛出ConcurrentModificationException异常。
并发容器支持并发的遍历和并发的更新。
主要的类有ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList 和CopyOnWriteArraySet。
2.8. Executor和Executors的区别？
- Executors 工具类的不同方法按照我们的需求创建了不同的线程池，来满足业务的需求。
- Executor 接口对象能执行我们的线程任务。
- ExecutorService接口继承了Executor接口并进行了扩展，提供了更多的方法我们能获得任务执行的状态并且可以获取任务的返回值。
- 使用ThreadPoolExecutor 可以创建自定义线程池。
- Future 表示异步计算的结果，他提供了检查计算是否完成的方法，以等待计算的完成，并可以使用get()方法获取计算的结果。
2.9. Java Concurrency API中的Lock接口(Lock interface)是什么？对比同步它有什么优势？
Lock接口比同步方法和同步块提供了更具扩展性的锁操作。他们允许更灵活的结构，可以具有完全不同的性质，并且可以支持多个相关类的条件对象。
它的优势有：
- 可以使锁更公平
- 可以使线程在等待锁的时候响应中断
- 可以让线程尝试获取锁，并在无法获取锁的时候立即返回或者等待一段时间
- 可以在不同的范围，以不同的顺序获取和释放锁
整体上来说Lock是synchronized的扩展版，Lock提供了无条件的、可轮询的(tryLock方法)、定时的(tryLock带参方法)、可中断的(lockInterruptibly)、可多条件队列的(newCondition方法)锁操作。另外Lock的实现类基本都支持非公平锁(默认)和公平锁，synchronized只支持非公平锁，当然，在大部分情况下，非公平锁是高效的选择。
2.10. 什么是可重入锁？
举例来说明锁的可重入性：
public class UnReentrant{
Lock lock = new Lock();
public void outer(){
lock.lock();
inner();
lock.unlock();
}
public void inner(){
lock.lock();
//do something
lock.unlock();
}
}outer中调用了inner，outer先锁住了lock，这样inner就不能再获取lock。其实调用outer的线程已经获取了lock锁，但是不能在inner中重复利用已经获取的锁资源，这种锁即称之为 不可重入可重入就意味着：线程可以进入任何一个它已经拥有的锁所同步着的代码块。
synchronized、ReentrantLock都是可重入的锁，可重入锁相对来说简化了并发编程的开发。
2.11. 乐观锁和悲观锁的理解及如何实现，有哪些实现方式？
1）悲观锁：
总是假设最坏的情况，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。再比如Java里面的同步原语synchronized关键字的实现也是悲观锁。
2）乐观锁：
顾名思义，就是很乐观，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，可以使用版本号等机制。乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量，像数据库提供的类似于write_condition机制，其实都是提供的乐观锁。在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式CAS实现的。
3）乐观锁的实现方式：
- 使用版本标识来确定读到的数据与提交时的数据是否一致。提交后修改版本标识，不一致时可以采取丢弃和再次尝试的策略。
- java中的Compare and Swap即CAS ，当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试。 CAS 操作中包含三个操作数 —— 需要读写的内存位置（V）、进行比较的预期原值（A）和拟写入的新值(B)。如果内存位置V的值与预期原值A相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值B。否则处理器不做任何操作。
2.12. CAS是什么？
1）比较并交换
CAS的全称为Compare-And-Swap，它是一条CPU并发原语。
它的功能是判断内存某个位置的值是否为预期值，如果是则更改为新的值，这个过程是原子的。
/**
* 1.什么是CAS ? ===> compareAndSet
* 比较并交换
**/
public class CASDemo {
public static void main(String[] args) {
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(5);
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 2019)+"\t current"+atomicInteger.get());
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 2014)+"\t current"+atomicInteger.get());
}
}2）CAS底层原理？谈谈对Unsafe的理解？
- CAS底层原理：
CAS并发原语提现在Java语言中就是sun.miscUnSaffe类中的各个方法。调用UnSafe类中的CAS方法，JVM会帮我实现CAS汇编指令.这是一种完全依赖于硬件 功能，通过它实现了原子操作,再次强调，由于CAS是一种系统原语，原语属于操作系统用于范畴，是由若干条指令组成，用于完成某个功能的一个过程，并且原语的执行必须是连续的，在执行过程中不允许中断，也即是说CAS是一条原子指令，不会造成所谓的数据不一致的问题。
- Unsafe理解：
是CAS的核心类，由于Java方法想直接访问底层系统，需要通过本地(native)方法来访问，
Unsafe相当于走后门，基于该类可以直接操作特定内存的数据。Unsafe类存在于sun.misc包中，其内部方法操作可以像C的指针一样操作内存，因为Java中CAS操作的执行依赖于Unsafe类的方法。
注意：Unsafe类中的所有方法都是native修饰的，也就是说Unsafe类中的方法都是直接调用操作系统底层资源执行响应任务。
- atomicInteger.getAndIncrement()方法的源代码：
变量valueOffset：表示该变量值在内存中的偏移地址，因为Unsafe就是根据内存便宜地址获取数据的。
/**
* Atomically increments by one the current value.
*
* @return the previous value
*/
public final int getAndIncrement() {
return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
}
- unSafe.getAndIncrement：
假设线程A和线程B两个线程同时执行getAndAddInt操作(分别在不同的CPU上)：
1.AtomicInteger里面的value原始值为3,即主内存中AtomicInteger的value为3,根据JMM模型,线程A和线程B各自持有一份值为3的value的副本分别到各自的工作内存.
2.线程A通过getIntVolatile(var1,var2) 拿到value值3,这是线程A被挂起.
3.线程B也通过getIntVolatile(var1,var2) 拿到value值3,此时刚好线程B没有被挂起并执行compareAndSwapInt方法比较内存中的值也是3 成功修改内存的值为4 线程B打完收工 一切OK.
4.这是线程A恢复,执行compareAndSwapInt方法比较,发现自己手里的数值和内存中的数字4不一致,说明该值已经被其他线程抢先一步修改了,那A线程修改失败,只能重新来一遍了.
5.线程A重新获取value值,因为变量value是volatile修饰,所以其他线程对他的修改,线程A总是能够看到,线程A继续执行compareAndSwapInt方法进行比较替换,直到成功.
3）CAS缺点：
a）ABA问题：
CAS会导致“ABA"问题。
CAS算法实现一个重要前提需要取出内存中某时刻的数据并在当下时刻比较并替换，那么在这个时间差异内会导致数据的变化。
比如说一个线程one从内存位置V中取出A，这时候另一个线程two也从内存中取出A，并且two进行了一些操作变成了B，然后two又将V位置的数据变成A，这时候线程one进行CAS操作发现内存中仍然是A，然后one操作成功。尽管线程one的CAS操作成功，但可能存在潜藏的问题。从Java1.5开始JDK的atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。
b）循环时间长开销大：
对于资源竞争严重（线程冲突严重）的情况，CAS自旋的概率会比较大，从而浪费更多的CPU资源，效率低于synchronized。
c）只能保证一个共享变量的原子操作：
当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环CAS的方式来保证原子操作，但是对多个共享变量操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性，这个时候就可以用锁。
2.13. 谈谈你对volatile的理解？
1）volatile是Java虚拟机提供的轻量级的同步机制
- 保证可见性
- 不保证原子性
- 禁止指令重排
由于JVM运行程序的实体是线程，而每个线程创建时JVM都会为其创建一个工作内存（有些地方称为栈空间），工作内存时每个线程的私有数据区域，而Java内存模型中规定所有变量都存储在主内存，主内存是共享内存区域，所有线程都可以访问，但线程对变量的操作（读取赋值等）必须在工作内存中进行，首先要将变量拷贝到自己的工作内存空间，然后对变量进行操作，操作完成后再将变量写回主内存，不能直接操作主内存，各个线程中的工作内存中存储着主内存中的变量副本拷贝，因此不同的线程间无法访问对方的工作空间，线程间的通信（传值）必须通过主内存来完成。
2）你在哪些地方用到过volatile吗？
- 1、单例模式DCL代码：
public class SingletonDemo {
private static volatile SingletonDemo instance=null;
private SingletonDemo(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 构造方法");
}
/**
* 双重检测机制
* @return
*/
public static SingletonDemo getInstance(){
if(instance==null){
synchronized (SingletonDemo.class){
if(instance==null){
instance=new SingletonDemo();
}
}
}
return instance;
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 1; i <=10; i++) {
new Thread(() ->{
SingletonDemo.getInstance();
},String.valueOf(i)).start();
}
}
}- 2、代理模式volatile分析
DCL(双端检锁) 机制不一定线程安全,原因是有指令重排的存在,加入volatile可以禁止指令重排。
原因在于某一个线程在执行到第一次检测,读取到的instance不为null时,instance的引用对象可能没有完成初始化。
instance=new SingletonDem(); 可以分为以下步骤(伪代码)
memory=allocate();//1.分配对象内存空间
instance(memory);//2.初始化对象
instance=memory;//3.设置instance的指向刚分配的内存地址,此时instance!=null 步骤2和步骤3不存在数据依赖关系.而且无论重排前还是重排后程序执行的结果在单线程中并没有改变,因此这种重排优化是允许的.
memory=allocate();//1.分配对象内存空间
instance=memory;//3.设置instance的指向刚分配的内存地址,此时instance!=null 但对象还没有初始化完.
instance(memory);//2.初始化对象但是指令重排只会保证串行语义的执行一致性(单线程) 并不会关心多线程间的语义一致性。
所以当一条线程访问instance不为null时,由于instance实例未必完成初始化,也就造成了线程安全问题。
2.14. 谈谈JMM的理解？
1）可见性：
我们知道各个线程对主内存中共享变量的操作都是各个线程各自拷贝到自己的工作内存操作后再写回主内存中的.
这就可能存在一个线程AAA修改了共享变量X的值还未写回主内存中时 ,另外一个线程BBB又对内存中的一个共享变量X进行操作,但此时A线程工作内存中的共享比那里X对线程B来说并不不可见.这种工作内存与主内存同步延迟现象就造成了可见性问题.
2）原子性：
number++在多线程情况下是线程不安全的，如何不加synchronized解决？
3）有序性：
计算机在执行程序时,为了提高性能,编译器和处理器常常会做指令重排,一把分为以下三种：
- 单线程环境里面确保程序最终执行结果和代码顺序执行的结果一致。
- 处理器在进行重新排序是必须要考虑指令之间的数据依赖性。
- 多线程环境中线程交替执行，由于编译器优化重排的存在，两个线程使用的变量能否保持一致性是无法确定的，结果无法预测。
4）指令重排了解
