应届生面试要点总结（4）JAVA多线程
线程池ThreadPoolExecutor
创建线程要花费昂贵的资源和时间，如果任务来了才创建线程那么响应时间会变长，而且一个进程能创建的线程数有限。为了避免这些问题，在程序启动的时候就创建若干线程来响应处理，它们被称为线程池，里面的线程叫工作线程。
corepoolsize：核心池的大小，默认情况下，在创建了线程池之后，线程池中个数为0，有任务来时，就会创建一个线程去执行任务，当池中个数到corepoolsize后，就把任务放在缓存队列中。
Maximumpoolsize：池中最多创建多少个线程。
Keeplivetime：线程未执行任务时，最多保存多长时间会终止，默认情况下，当线程池中个数>corepoolsize时，keeplivetime才起作用，直到线程数不大于corepoolsize。
workQueue：阻塞队列，用来存放等待被执行的任务。
threadFactory：线程工厂，用来创建线程。
线程池的状态：
当线程池创建后，running状态。
调用shutdown后，shutdown状态，此时不再接受新任务，等待已有任务执行完。
调用shutdownnow后，进入stop状态，不在接受新任务，并尝试终止正在执行的任务。
处于shutdown或stop状态，且所有线程已经销毁，任务缓存列表清空，线程池被设为terminated状态。
当有任务提交到线程池的操作：
若当前线程池中的线程数 若线程数>=corepoolsize，会尝试添加任务到任务缓存队列中去，若添加成功，则任务会等待空闲线程将其取出执行，若添加失败，则尝试创建线程去执行这个任务。 若线程数>=Maximumpoolsize，则采取拒绝策略： abortpolicy丢弃任务，抛出RejectExecutionException。 discardpolicy拒绝执行，不抛异常。 callerrunspolicy重新添加当前任务，重读调用excute方法。有反馈机制，使任务提交速度变慢。 使用线程池：我们只需要运行Executor类给我们提供的静态方法，就可以创建相应的线程池。 public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() public static ExecutorService newFixedThreadPool() public static ExecutorService newCachedThreadPool() newSingleThreadPoolExecutor返回一个包含单线程的Executor，将多个任务交给这个Exector时，这个线程处理完成一个任务之后接着处理下一个任务，若该线程出现异常，将会有一个新的线程来代替。 newFixedThreadPool返回一个包含指定线程数目线程的线程池，若任务数多于线程数目，则没有执行的任务必须等待，直到有任务完成为止。 我们只需要将执行等待方法放入run方法中，将runnable接口是实现类交给线程的execute方法，作为他的一个参数，比如： Executor e = Executors.newSingleThreadExecutor(); e.execute(new Runnable() { public void run(){ } // 需要执行的任务 }) newCachedThreadpool：创建一个可缓存线程池，若线程池中线程数量超过处理需要，可灵活回收空闲线程（终止并从缓存中移除那些已有60秒未被使用的线程，因此长时间保存空闲的线程不会使用任何资源）。对于需要执行很多短期异步任务的程序来说，这个可以提高程序性能，因为长时间保持空闲的这种类型线程池，不会占用任何资源。调用缓存的线程池对象，将重用以前构造的线程（线程可用状态），若没有线程可用，则创建一个新线程添加到池中，缓存线程池将终止并移除60秒未被使用的线程。当线程池中缓存队列已满，并且线程数达到maximumpoolsize时，若还有任务到来，采取4种拒绝策略。 线程封闭threadlocal：仅在单线程内访问数据，比如threadlocal。threadlocal不继承thread，也不实现runnable接口，threadlocal类为每一个线程都维护了自己的变量拷贝。每个线程都拥有自己的独立变量，其作用在于数据独立。threadlocal采用hash表的方式来为每个线程提供一个独立的变量的副本，所以每个线程可以独立修改自己的变量副本，而不影响其他线程的副本。从线程角度看，目标变量就是线程本地变量。 ThreadlocalMap类是threadlocal类的静态内部类。它实现了键值对的设置和获取。每个线程对应一个threadlocalmap，从而实现了变量访问在不同线程中的隔离。因为每个线程的变量都是自己特有的，完全不会有并发错误。 当前线程的threadlocalmap是在第一次调用set方法时创建，并设置上对应的值。每个线程的数据还是在自己线程内部，只是用threadlocal引用。threadlocalmap(key, value)。key为当前threadlocal对象，value为变量值。一个线程的threadlocalmap中有很多变量，通过threadlocal对象判断选哪个对象。 volatile是轻量级的同步机制 volatile变量对于所有线程的可见性，指当一个线程修改了这个变量的值，新值对于其他线程是可见的，立即可知的。volatile在多线程下不一定安全，因为它只有可见性，有序性，无原子性。java中的运算并非原子操作，导致volatile变量的运算在并发情况下不一定安全。 每次使用volatile变量前，都必须从主内存刷新最新的值，用于保证能看见其他线程对该变量所做的修改之后的值。在工作内存中，每次修改volatile变量后，都必须立刻同步回主内存中，用于保证其他线程可以看到自己对该变量所做的修改。 volatile修饰的变量不会被指令重排序优化，保证代码执行顺序和程序顺序相同：当程序执行到volatile变量的读操作或写操作时，在其前面的操作肯定全部已经进行，且结果已经对后面的操作可见；在其后面的操作肯定还没执行。在指令优化时，不能将对volatile变量访问的语句放在其后面执行，也不能把volatile变量后的语句放到其前面执行。 happen-before有序性：对于一个volatile变量的写操作，先行发生于后面对这个变量的读操作。 当且仅当满足以下所有条件，才使用volatile变量：写操作不依赖当前值；该变量不会与其他变量一起纳入不变性条件；访问变量时不需要加锁。标记状态、双重检查。 volatile原理：观察加入volatile关键字和没加入volatile时所产生的汇编代码，发现加入volatile时，会多出一个lock前缀指令，lock前缀指令相当于内存屏障，也不会把前面的放在内存屏障之后，即在执行到内存屏障这句时，前面的操作都完成。他会强制将对缓存的修改立即写入主存。若是写操作，会导致其他cpu中对应的缓存行无效。 线程的状态：在任意一个时间点，一个线程有且只有一种状态。 新建：创建后尚未启动。 运行：包括了OS中的running和ready状态，也就是处于此状态的线程可能正在运行，也可能正在等待cpu为它分配执行时间。 无限期等待：处于这种状态的线程不会被分配cpu执行时间，要等待其他线程显式唤醒。以下方法会让线程进入无限期等待：没有设置timeout的object.wait()方法；没有设置timeout参数的thread.join()方法；locksupport.park()。 有限期等待：处于这种状态的线程不会被分配cpu执行时间，不过无需等待其他线程显式唤醒，而是在一定的时间后他们会由os自动唤醒。设置了timeout的object.wait()；设置了timeout的thread.join()；locksupport.parknanos()；locksupport.parkunit()。 阻塞：线程被阻塞与等待状态的区别是：阻塞状态在等待获取一个排他锁，这个事件将在另一个线程放弃这个锁的时候发生。等待状态在等待一段时间或者唤醒动作。 结束：已终止线程的状态。 java中的线程由一个处理虚拟机、cpu执行的代码及代码操作的数据三部分组成。 锁有一个专门的名字：对象监视器。当多个线程同时请求某个锁时，则锁会设置几种状态来区分请求的线程：connection list所有请求锁的线程将首先被放置到该竞争队列中；entry list那些有资格成为候选人的线程被移到entry list；wait list那些调用wait方法被阻塞的线程放置到wait set中。 Synchronized作用：Synchronized是Java中解决并发问题的一种最常用的方法，也是最简单的一种方法。Synchronized的作用主要有三个：确保线程互斥的访问同步代码。保证共享变量的修改能够及时可见。有效解决重排序问题。Synchronized总共有三种用法：修饰普通方法。修饰静态方法。修饰代码块。 synchronized和lock区别 lock是接口，synchronized是关键字，是重量级同步机制。 synchronized在发生异常时，会自动释放所有线程的锁，不会发生死锁。lock在发生异常时，若没有主动通过unlock()释放锁，则很有可能死锁，所以用lock时要在finally中释放锁。 lock可以让等待锁的线程响应中断，而synchronized不行，使用synchronized时，等待的线程会一直等待下去，不能响应中断。 通过lock可以知道是否成功获得锁，而synchronized不可以。 lock可以提高多个线程进行读写操作的效率。 同步代码块是使用monitorenter和monitorexit指令实现的，同步方法（在这看不出来需要看JVM底层实现）依靠的是方法修饰符上的ACC_SYNCHRONIZED实现。同步代码块：monitorenter指令插入到同步代码块的开始位置，monitorexit指令插入到同步代码块的结束位置，JVM需要保证每一个monitorenter都有一个monitorexit与之相对应。任何对象都有一个monitor与之相关联，当且一个monitor被持有之后，他将处于锁定状态。线程执行到monitorenter指令时，将会尝试获取对象所对应的monitor所有权，即尝试获取对象的锁； synchronized同步方法：依靠的是方法修饰符上的ACC_SYNCHRONIZED实现。synchronized方法会被翻译为普通的方法调用和返回指令，比如invokevirtual指令，在jvm字节码层面并没有任何特别的指令来实现synchronized修饰的方法，而是在class文件的方法中将该方法的access_flags字段中的synchronized标志位置为1，表示该方法为synchronized方法，且调用该方法的对象或者该方法所属的class在jvm内部对象表示最为锁对象。 虚拟机可以从方法表acc_synchronized访问标志得知一个方法是否为同步方法。当方法调用时，调用指令会将检查方法的acc_synchronized访问标志是否被设置了。若被设置了，执行线程就要求先成功持有moniter，然后才能执行方法，最后当方法完成（无论是正常还是非正常完成）时释放moniter。在方法执行期间，执行线程持有了moniter，其他任何线程都无法再获得同一个moniter，若一个同步方法执行期间出了异常，并且在方法内部无法处理此异常，那么这个moniter将在异常执行到同步方法之外时自动释放。 在java设计中，每个对象自打出现就带了一把看不见的锁，即monitor锁。monitor是线程私有的数据结构，每个线程都会有一个可用的monitor record列表，同时还有一个全局可用的列表。每个被锁住的对象都会和一个monitor关联。monitor中有一个owner字段存放拥有该对象线程的唯一标识，表示该锁由这个线程占用。owner：初始时为null，表示当前没有任何线程拥有该monitor record，当线程成功拥有该锁后保存线程的唯一标识，当锁被释放时，又被设为null。entry Q：关联一个系统互斥锁，阻塞所有试图锁住monitor entry失败的线程。next：用来实现重入锁的计数。 锁主要有4种状态：无锁状态、偏向状态、轻量级状态、重量级状态。他们会随着竞争的激烈而逐渐升级，锁可以升级但不可以降级。 synchronized用的锁是存在java对象头里。对象头包含标记字段和类型指针。类型指针是对象指向他类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。标记字段用于存储对象自身运行时的数据，他是轻量级锁和偏向锁的关键。 lock底层实现，可重入锁：同一线程，外层函数获得锁之后，内层递归函数仍有获得锁的机会但不受影响。synchronized和reentrantlock都是可重入锁。 可重入锁：若某个线程试图获取一个已经由他自己持有的锁，那么这个请求会成功。实现方式：为每个锁关联一个获取计数器和一个所有者线程。当计数器为0时，这个锁就被认为是没有被任何线程持有，当线程请求一个未被持有的锁时，将计数器设为1。若同一个线程在此获取这个锁，计数器递增，而当前线程退出同步代码块时，计数器会相应递减，为0时，会释放锁。 所有可重入代码都是线程安全的，但并非所有线程安全的代码都可重入。 synchronized与Reentrantlock的区别： Synchronized是JVM层面实现的，通过moniterenter和moniterexit自动的获取锁，然后在线程执行结束或者发生异常的时候释放锁，而ReentrantLock是对象，Java层面，需要显式的获取锁和显示的释放锁，但因为ReentrantLock是Java层面的锁，所以在程序员的角度来说，ReentrantLock更加灵活。 Synchronized和ReentrantLock都是可重入锁，Synchronized不公平的，下次获取锁的线程是操作系统在阻塞队列中随意选取的，而ReentrantLock可以通过参数来设置为公平锁或者非公平锁。 ReentrantLock可以获取锁的状态，并且是可以中断的，而Synchronized不可以获取，并且是不可中断锁。 在性能上来说，如果竞争资源不激烈，两者的性能是差不多的，而当竞争资源非常激烈时（即有大量线程同时竞争），此时ReentrantLock的性能要远远优于synchronized。所以说，在具体使用时要根据适当情况选择。 Reentrantlock可以提高多个线程的读效率。 在Synchronized优化以前，synchronized的性能是比ReenTrantLock差很多的，但是自从Synchronized引入了偏向锁，轻量级锁（自旋锁）后，两者的性能就差不多了，在两种方法都可用的情况下，官方甚至建议使用synchronized，其实synchronized的优化我感觉就借鉴了ReenTrantLock中的CAS技术。都是试图在用户态就把加锁问题解决，避免进入内核态的线程阻塞。 ReenTrantLock独有的能力： ReenTrantLock可以指定是公平锁还是非公平锁。而synchronized只能是非公平锁。所谓的公平锁就是先等待的线程先获得锁。 ReenTrantLock提供了一个Condition（条件）类，用来实现分组唤醒需要唤醒的线程们，而不是像synchronized要么随机唤醒一个线程要么唤醒全部线程。 ReenTrantLock提供了一种能够中断等待锁的线程的机制，通过lock.lockInterruptibly()来实现这个机制。 如果多个线程访问同一个可变状态的变量时，没有使用合适的同步，那么程序就会出问题。由三种方法可以修复这个问题：不在线程中间共享变量；变量改为不可变；使用同步。 竟态条件：由于不恰当的执行顺序而不正确的结果。本质：基于一种可能失效的观察结果来做出判断。先检查后执行：首先观察某个条件为真（例如每个文件x不存在），然后根据这个观察结果采取相应的动作（创建文件x），但事实上，你观察到这个结果以及开始创建文件之前，观察结果可能变得无效（另一个线程在此期间创建了x），从而导致各种问题。要保持状态的一致性，就需要在单个原子操作中更新所有相关的状态变量。 同步阻塞，用户空间的应用程序执行一个系统调用，这意味着应用程序会一直阻塞，直到系统调用用完为止（数据传输完成或者发生错误）。一个连接一个线程，适用于链接数量小且固定的架构。同步非阻塞，设备以非阻塞形式打开，这意味着io操作不会立即完成，需要应用程序调用多次来等待完成。一个请求一个线程，客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到链接有io请求时才启动一个线程进行处理，实用链接比较多，比较短。异步非阻塞，一个有效请求一个线程，适用于链接数目多且长。 同步：发出一个调用时，没有得到结果前，调用就不返回，一旦返回就有结果。异步：调用在发生之后就直接返回，所以没有返回结果，换句话说，当一个异步调用发生后，调用者不会立即得到结果，而是在调用发生之后，被调用者通过状态通知来通知调用者，或者通过回调函数来处理这个调用。 condition的await()和single()与object的wait()和notify()类似。wait()抛出interceptedException。 semaphore：用来控制同时访问某个特定资源的操作数量。用acquire获取一个许可，若没有则等待。用release释放一个许可。但信号量semaphore可实现互斥。对于锁来说，是互斥的排他的，而对于somaphore来说，它允许多个线程同时进入临界区，可认为他是一个共享锁，但是共享的额度有限，额度用完了，其他没有拿到额度的线程还是要阻塞在临界区外，当额度为1时，相当于lock。 private final Semaphore semaphore; semaphore = new Semaphore(3); semaphore.acquire(); semaphore.release(); 共享锁和排他锁：共享锁又称读锁，若事务T对事务对象A加了S锁，则事务T可以读A但不能修改A，其他事务只能对他加S锁，不能加X锁，直达T释放A上的S锁。这保证了其他事务可以读A，但在事T释放S锁之前，不能对A做任何操作。排他锁又称写锁，若事务T对数据对象加X锁，事务T既可以读A也可以修改A，其他事务不能对A加任何锁，直到T释放A上的锁。这保证了，其他事务在T释放A上的锁之前不能再读取和修改A。 readwritelock：读读不互斥，读写互斥，写写互斥，并发性能提高。 countdownlatch：倒数计数器，一种典型的场景就是火箭发射，在火箭发射前，往往还要进行各项设备仪器的检查，只有等所有检查完成后，引擎才能点火，这种场景就非常适合使用countdownlatch，它可以使点火线程使得所有检查线程全部完工后，再执行。 countdownlatch是一种灵活的闭锁实现，可以使一个或多个线程等待一组时间发生，事件全部发生后阻塞的才能继续执行。闭锁状态包括一个计数器，该计数器被初始化为一个正数，表示要等待是事情发生。countdown方法递减计数器，表示有一个事件已经发生，而await方法等待计数器变为0，表示所有需要等待的事件都发生。当计数器为0时，await上等待的线程可以继续执行。countdownlatch构造函数传入的值就是计数器的初始值，且只可被设置一次。 countdownlatch计数只能用1次。一个或多个线程等待其他线程完成后再执行。cylicbarrier计数可用多次。所有线程互相等待完成。 cyclicbarrier：模拟高并发，初始化时规定一个数目，然后计算调用了cyclicbarrier.await()进入等待的线程数，当线程数达到这个数目时，所有进入等待的线程将被唤醒并继续。cyclic就像名字一样，可看成是一个屏障，所有线程必须达到后才可以一起通过这个屏障。 并发包：Executor, ExecutorService, AbstractExecutorService, ThreadPoolExecutor。copyOnWriteArrayList, copyOnWriteSet。BlockingQueue。CycleBarrier, countDownLatch, Semaphore。Future, callable。lock。 cpu为了提高程序运行效率，可能对输入代码进行优化，它不保证程序中各语句的执行顺序同代码中顺序一致，但保证程序最终执行结果和代码执行顺序一致。cpu在进行重排序时，会考虑指令之间的依赖性，若一个指令instruction2必须用到instruction1的结果，则cpu保证1在2之前执行。指令重排序不影响单个线程，但是影响线程并发执行的正确性。 x = 10; x = y; x++; x = x + 1; 只有第一个是原子的。 blockingqueue：ArrayBlockingQueue一个由数组实现的有界阻塞队列，其构造函数必须带一个int函数，来指明其大小。其所含的对象是由fifo顺序排列的。linkedblockingqueue：大小不一定，若构造函数传入int，则blockingqueue有大小限制，否则大小为integer.max_value，其所包含的对象是FIFO顺序。 priorityblockingqueue：类似于linkedblockingqueue，但不是fifo，而是自然顺序或比较器的顺序。 synchronizedqueue：对其的操作必须是放取交替完成。 乐观锁和悲观锁 悲观锁：就是很悲观，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次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就用到了很多这种机制，比如行锁，写锁等，都是在操作之前上锁。 乐观锁：就是很乐观，每次去拿数据时都认为别人不会修改，所以不会上锁，但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。适用于多读，比如write_condition。各有优缺点：不能认为一种比另一种好。 悲观锁在大多数情况下，依靠数据库的锁机制。乐观锁大多基于数据版本，记录机制实现。数据版本：为数据增加一个版本标识，比如增加一个version字段。读数据时，将版本号一块读出，之后更新时，版本号加1，将提交数据的版本号与数据库表对应记录的版本号进行对比。若提交的大于数据库里的，则可以更新，否则认为是过期数据。将乐观锁策略在存储工程中实现，对外值开放基于此存储过程的数据更新途径，而不是将数据表直接对外公开。 runnable的run方法没有返回值，并且可以不抛出异常。 callable的call方法有返回值，并且可以抛出异常，且返回值可以被future接收。 future是一个接口。futuretask是他的一个实现类，可通过futuretask的get方法得到返回值。 future对象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，并获取计算的结果。计算完成后只能使用get方法来获取结果，若没有执行完，get方法可能会被阻塞，直到线程执行完。取消由cancel方法执行。isDone确定任务是正常执行还是被取消。一旦计算完成了，就不能再取消了。 start()和run()：start()方法启动线程，真正实现多线程运行，通过调用thread类的start方法来启动一个线程，这时线程处于就绪状态，并没运行，若cpu调度该线程，则该线程就执行run方法；run方法当作普通方法的方式调用，程序要顺序执行，要等run方法执行完毕，才能执行下面的代码，程序中只有主线程这一个线程（除了gc线程）。 Handler一般用来接收Message和发送Message 接收Message： 或者： 发送消息： handler.sendEmptyMessage(1); 或(需要携带内容的)： Message message = new Message(); message.what = 1; message.obj = "haha"; handler.sendMessage(message); 或（所得到的Message是从消息队列中获取，避免了new Message的内存开销，其源码中也是执行了target.sendMessage()方法，target就是handler）： Message m = handler.obtainMessage(1,2,3,"quan"); m.sendToTarget(); 在子线程中接收消息，我们要用到Looper，主线程不用，因为主线程已经默认使用Looper了，我们会使用looper的两个主要方法，一个是prepare和loop，前一个是创建Looper对象，后一个是执行Looper循环功能。 然后我们使用这个自定义的Looper线程 new LoopThread().start(); 创建线程3种方式：继承Thread类创建线程；实现Runnable接口创建线程；使用Callable和Future创建线程。 实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源；可以避免java中的单继承的限制；增加程序的健壮性，代码可以被多个线程共享，代码和数据独立。 Java线程间通信 通过共享对象通信：线程间发送信号的一个简单方式是在共享对象的变量里设置信号值。线程A在一个同步块里设置boolean型成员变量hasDataToProcess为true，线程B也在同步块里读取hasDataToProcess这个成员变量。 忙等待(Busy Wait)：准备处理数据的线程B正在等待数据变为可用。换句话说，它在等待线程A的一个信号，这个信号使hasDataToProcess()返回true。线程B运行在一个循环里，以等待这个信号。 wait(),notify()和notifyAll()：一个线程一旦调用了任意对象的wait()方法，就会变为非运行状态，直到另一个线程调用了同一个对象的notify()方法。为了调用wait()或者notify()，线程必须先获得那个对象的锁。也就是说，线程必须在同步块里调用wait()或者notify()。这三个方法用于协调多个线程对共享数据的存取，所以必须在同步语句块内使用。wait方法要等待notify/notifyAll的线程释放锁后才能开始继续往下执行。 
FuturetaskHandler handler = new Handler(new Handler.Callback() {
int position;
@Override
public boolean handleMessage(Message msg) {
switch (msg.what) {
case 1:
// 执行接收Message后的逻辑
break;
}
return true;
}
});Handler handler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
//执行逻辑
}
};public Handler handler1;
public class LoopThread extends Thread {
@Override
public void run() {
Looper.prepare();
handler1 = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
switch (msg.what) {
case 1:
Toast.makeText(getApplication(), msg.obj + "," + msg.arg1 + "," + msg.arg2 + " ",Toast.LENGTH_SHORT).show();
break;
}
}
};
Looper.loop();
}
}Thread t1 = new Thread() { // 第一种方式
@Override
public void run() {
System.out.println("new Thread 1"); // 输出:new Thread 1
}
}; // 创建线程
t1.start(); // 启动线程
System.out.println(t1.getName()); // 输出:Thread-0
Thread t2 = new Thread(new Runnable() { // 第二种方式
@Override
public void run() {
System.out.println("new Thread 2"); // 输出:new Thread 2
}
});
t2.start();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()); // 输出:main
FutureTasksynchronized(lockObj) { // 等待方
while(condition is false) {
lockObj.wait();
}
// do business
}
synchronized(lockObj) { // 通知方
// change condition
lockObj.notifyAll();
}