最全Java多线程知识点整理
无论是开dubbo接口、http接口，还是Java Web服务端开发，亦或者是各种中间件的开发；无并发，不Java，你们懂的；必须专门开一篇以示尊重，Java不息，更新不止。
1.相关概念
1.关键字 synchronized
使用场景：
原理：
同步代码块：
反编译可以看到monitorenter，monitorexit指令（相对于不加synchronized多出来）；
原理：每个对象有一个监视器锁（monitor），当monitor被占用时就会处于锁定状态，
线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权，过程如下：
1、monitor的进入数为0，则该线程进入monitor，将进入数设置为1，该线程即为monitor的所有者。
2、线程已经占有该monitor，只是重新进入，则进入monitor的进入数加1.
3、其他线程占用monitor，则该线程进入阻塞状态，直到monitor进入数为0，再尝试monitor所有权。
执行monitorexit的线程必须是objectref所对应的monitor的所有者。
执行后，monitor进入数减1，如果减1后进入数为0，则线程退出monitor，不再是该monitor所有者。
其他被这个monitor阻塞的线程可以尝试去获取这个monitor的所有权。
总结：Synchronized的语义底层是通过一个monitor的对象来完成，
wait/notify等方法也依赖于monitor对象，故只有在同步的块或者方法中能调用wait/notify等方法，
否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常。
同步方法：
原理：不直接通过指令monitorenter和monitorexit来完成；
常量池中多了ACC_SYNCHRONIZED标示符；
方法调用时，先检查方法的ACC_SYNCHRONIZED访问标志是否被设置，
如果设置了，执行线程将先获取monitor，获取成功之后才能执行方法体，方法执行完后再释放monitor；
本质上与上面没有区别，只是方法的同步是一种隐式的方式来实现，无需通过字节码来完成。
2.接口 Lock
ReentrantLock是唯一实现了Lock接口的类；
lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()用来获取锁；
unLock()方法用来释放锁。
原理：AbstractQueuedSynchronizer会把所有的请求线程构成一个CLH队列，
当一个线程执行完毕（lock.unlock()）时会激活自己的后继节点，但正在执行的线程并不在队列中，
而那些等待执行的线程全部处于阻塞状态 。
lock源码：
final void lock() {
if (compareAndSetState(0, 1))
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1);
}
当前线程会首先尝试获得锁而不是在队列中进行排队等候，
这对于那些已经在队列中排队的线程来说显得不公平，这也是非公平锁的由来；
对于刚来竞争的线程首先会通过CAS设置状态，如果设置成功那么直接获取锁，执行临界区的代码，
反之调用acquire(1)进入同步队列中。
如果已经存在Running线程，那么CAS肯定会失败，则新的竞争线程会通过CAS的方式被追加到队尾。
总结：1、调用lock方法，会先进行cas操作看可否设置同步状态1成功，成功则执行临界区代码（抢锁成功）
2、如果不成功获取同步状态，如果状态是0那么cas设置为1（没有有锁的其他线程）
3、如果同步状态既不是0也不是自身线程持有会把当前线程构造成一个节点（其他线程有锁）
4、把当前线程节点CAS的方式放入队列中，行为上线程阻塞，内部自旋获取状态（内部无限循环）
5、线程释放锁，唤醒队列第一个节点，参与竞争。重复上述。
3.lock与synchronized的区别
Lock是一个接口，而synchronized是Java中的关键字，synchronized是内置的语言实现；
synchronized不需要用户去手动释放锁，Lock则必须要用户去手动释放锁；
synchronized在发生异常时，会自动释放线程占有的锁，不会导致死锁现象发生；
Lock在发生异常时，如没有通过unLock()去释放锁，则可能造成死锁现象，一般在finally块中释放锁；
Lock可以让等待锁的线程响应中断，synchronized不行（只能一直等待，不能中断等待的线程）；
通过Lock可以知道有没有成功获取锁，synchronized不行；
Lock可以提高多个线程进行读操作的效率；
Lock可以读写分离（读与读不影响）
竞争资源不激烈，两者性能差不多，竞争资源非常激烈时，Lock的性能要远远优于synchronized。
4.可重入锁
如果锁具备可重入性，则称作为可重入锁；
基于线程的分配，而不是基于方法调用的分配；
synchronized和ReentrantLock都是可重入锁；
如：线程调用synchronized修饰的method1（其实锁住的为类的实例对象），
method1中调用synchronized修饰的method2时不用重新申请锁（基于线程分配锁）
5.可中断锁
可以相应中断的锁；
synchronized不是可中断锁，Lock是可中断锁；
如：中断等待线程
6.公平锁
公平锁即尽量以请求锁的顺序来获取锁;
synchronized是非公平锁，ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock默认非公平，可设置成公平；
ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true) 公平锁;
7.读写锁
读写锁将对一个资源（比如文件）的访问分成了2个锁，一个读锁和一个写锁；
线程之间的读操作不会发生冲突；
ReadWriteLock。
8.乐观锁和悲观锁
悲观锁：别人想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁；
乐观锁：不上锁，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。
9.CAS操作
CAS操作是乐观锁；
有的CAS操作都是Unsafe类来实现的，且都为native方法（java调用非java方法，java有局限性）；
demo: CAS(V,E,N)
V表示要更新的变量
E表示预期值
N表示新值
如果V值等于E值，则将V的值设为N。若V值和E值不同，则说明已经有其他线程做了更新，则当前线程什么都不做；
10.volatile 关键字
Java提供了volatile关键字来保证可见性；
共享变量被volatile修饰，会保证修改的值会立即被更新到主存，其他线程读取时，会去主存中读取新值；
普通共享变量被修改之后，什么时候被写入主存是不确定的；
如，当线程2进行修改，会导致线程1工作内存中缓存变量无效，只能去主存读取（没有则等待；
对禁止指令重排序有一定作用，不能将在对volatile变量访问的语句放在其后面执行，前面也一样；
原理：volatile关键字时，会多出一个lock前缀指令，相当于内存屏障。
11.ThreadLocal
每个Thread的对象都有一个ThreadLocalMap，当创建一个ThreadLocal的时候，
就会将该ThreadLocal对象添加到该Map中，键是ThreadLocal(当前线程)，值可以是任意类型。
set()和get()方法：get()方法会先找到当前线程的ThreadLocalMap，
然后再找到对应的值。set()方法也是一样。
2.集合类相关
1.ConcurrentHashMap
是一个Segment数组，Segment通过继承ReentrantLock加锁，所以每次锁住一个segment，
保证每个Segment是线程安全的，就实现了全局的线程安全。
concurrencyLevel：并行级别、并发数、Segment数。默认16，ConcurrentHashMap有16个Segments，
理论上，这个时候，最多可以同时支持16个线程并发写，只要它们的操作分别分布在不同的Segment上。
可在初始化的时候设置为其他值，但是一旦初始化以后，它是不可以扩容的。
每个Segment类似HashMap，内部是由数组+链表组成的。不过它要保证线程安全。
segment数组不能扩容，单个segment可以，扩容后，容量为原来的2倍。
put:
根据key的hash值找到相应的Segment（之后是Segment内部的put操作）；
Segment内部put操作，加ReentrantLock锁；
如果获得锁，直接put，没有则重试MAX_SCAN_RETRIES次，之后进入阻塞队列等待，知道获得锁；
get:
计算key的hash找到Segment;
根据hash找到对应Segment中的链表（数据+链表）；
顺着链表，==或者equals。
2.CopyOnWriteArrayList
CopyOnWrite容器即写时复制的容器：
往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器添加，而是先将当前容器进行Copy，
复制出一个新的容器，然后新的容器里添加元素，完成后，再将原容器的引用指向新的容器；
add源码：
写需要加锁；读的时候不需要；
在写操作完全完成前，读的都是old数据；
CopyOnWrite并发容器用于读多写少的并发场景。比如白名单，商品类目的访问和更新场景。
3.Vector继承List接口，HashTable继承Map接口，采用synchronized保证线程安全（性能低）；
3.队列相关
在Java并发包中提供了两种类型的队列，非阻塞队列与阻塞队列；
这里的非阻塞与阻塞在于有界与否，是在初始化时是否赋予默认的容量大小；
阻塞有界队列，当队列满了，则任何线程都会阻塞不能进行入队操作，反之队列为空，则不能进行出队操作；
非阻塞无界队列不会出现队列满或者队列空的情况；
两种都保证线程的安全性，即不能有一个以上的线程同时对队列进行入队或者出队操作。
0.AQS（AbstractQueuedSynchronizer）
多种多线程技术的本质原理所在，如ReentrantLock，CountDownLatch等；
维护了一个volatile int state（代表共享资源）和一个FIFO线程等待队列
（多线程争用资源被阻塞时会进入此队列，一个node代表一个线程）
方法：
isHeldExclusively()：该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
tryAcquire(int)：独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
tryRelease(int)：独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
tryAcquireShared(int)：共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源。
tryReleaseShared(int)：共享方式。尝试释放资源，如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true，否则返回false。
ReentrantLock，state初始化为0，表示未锁定状态。
A线程lock()时，会调用tryAcquire()独占该锁并将state+1。
此后，其他线程再tryAcquire()时就会失败，直到A线程unlock()到state=0（即释放锁）为止。
释放锁之前，A线程自己是可以重复获取此锁的（state会累加），这就是可重入的概念。
获取多少次就要释放多么次，这样才能保证state是能回到零态的。
CountDownLatch，任务分为N个子线程去执行，state也初始化为N（注意N要与线程个数一致）。
这N个子线程是并行执行的，每个子线程执行完后countDown()一次，state会CAS减1。
所有子线程都执行完(state=0)，unpark()主线程，主线程就会从await()函数返回，继续执行。
1.ArrayBlockingQueue
类图：
一个由数组结构组成的有界阻塞队列；
初始化需要设置大小，默认非公平（可设置）；
notEmpty，notFull分别是非空等待队列，非满等待队列；
入队操作（ReentrantLock）：
offer(e) 队列未满时，返回true；满时返回false。非阻塞立即返回；
offer(e, time, unit) 指定时间内不能插入数据返回false，成功返回true；
add(e) 队列未满时，返回true；满抛出IllegalStateException(“Queue full”)异常；
put(e) 队列未满时，直接插入无返回值；队列满时会阻塞等待，一直等到队列未满时再插入；
入队源码：
出队操作：
poll() 队列不为空时返回队首值并移除；队列为空时返回null。非阻塞立即返回；
poll(time, unit) 指定时间内队列还为空则返回null，不为空则返回队首值；
remove() 队列不为空时，返回队首值并移除；队列为空时抛出NoSuchElementException()异常；
take(e) 队列不为空返回队首值并移除；为空时会阻塞等待，一直等到队列不为空时再返回队首值；
出队源码：
2.LinkedBlockingQueue
类图：
一个由链表结构（单向链表）组成的有界阻塞队列；
初始化默认最大容量，可自行设置；
有两个ReentrantLock锁，takeLock，putLock（ArrayBlockingQueue只有一个）；
notEmpty，notFull分别是出队锁上的等待队列，入队锁上的等待队列；
add(e) 队列未满时，返回true；队列满则抛出IllegalStateException(“Queue full”)异常；
offer(e) 队列未满时，返回true；队列满时返回false。非阻塞立即返回；
offer(e, time, unit) 指定时间内不能往队列中插入数据返回false，插入成功返回true；
put(e) 队列未满时，直接插入没有返回值；队列满时会阻塞等待，一直等到队列未满时再插入；
入队源码：
add直接用offer(e),不满足抛出异常；
remove() 队列不为空时，返回队首值并移除；队列为空时抛出NoSuchElementException()；
poll() 队列不为空时返回队首值并移除；队列为空时返回null。非阻塞立即返回；
poll(time, unit) 指定时间内队列还为空则返回null，不为空则返回队首值；
take(e) 队列不为空返回队首值并移除；为空时阻塞等待，一直等到不为空再返回队首值；
出队源码：
remove()直接调用poll()，不满足抛出异常；
3.ConcurrentLinkedQueue
类图：
一个由链表构成的（单向链表）无界非阻塞队列；
入队和出队操作使用CAS来实现线程安全；
Node节点内部维护一个volatile修饰的变量item，存放节点值；
add(e) 其内部调用offer方法；
offer(e) 插入到队列尾部，当队列无界将永远返回true；
入队源码：
poll() 队列中有元素则将元素移除队首并返回该元素，没有则返回null；
出队源码：
3.线程池
线程池使得线程可以复用，即执行完一个任务，并不被销毁，可以继续执行其他的任务；
Exccutor类图：
ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService,
AbstractExecutorService是一个抽象类，它实现了ExecutorService接口,
ExecutorService又是继承了Executor接口.
Exccutor构造方法：
参数解释：
1.corePoolSize：核心池的大小，创建后默认线程池中无线程（除非调用预创建方法），
任务来后，创建线程，当线程数到corePoolSize后，会把到达的任务放到缓存队列中；
2.maximumPoolSize：线程池最大线程数，表示在线程池中最多能创建多少个线程；
3.keepAliveTime：线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。
默认线程数大于corePoolSize才起作用，调用allowCoreThreadTimeOut(boolean）后下限为0；
4.unit：参数keepAliveTime的时间单位，有7种取值；
5.workQueue：阻塞队列，用来存储等待执行的任务，
一般来说，这里的阻塞队列有以下几种选择：
ArrayBlockingQueue：基于数组的先进先出队列，此队列创建时必须指定大小；
LinkedBlockingQueue：基于链表的先进先出队列，如创建时没指定大小，则为Integer.MAX_VALUE；
SynchronousQueue：不会保存提交的任务，而是将直接新建一个线程来执行新来的任务；
没有容量，无缓冲等待队列，直接将任务给消费者，必须等队列元素被消费后才能继续添加新元素。
6.threadFactory：线程工厂，用来创建线程；
7.handler：拒绝处理任务时的策略，有以下四种取值：
AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常;
DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常;
DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务(最老的请求)，重新尝试执行任务（重复）;
CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务;
ThreadPoolExecutor类方法：execute()、submit()、shutdown()、shutdownNow()
1.execute()是Executor中声明的方法，ThreadPoolExecutor进行了具体实现，
该方法可以向线程池提交一个任务，交由线程池去执行。
2.submit()是在ExecutorService中声明的方法，AbstractExecutorService有具体实现，
也用来向线程池提交任务的，但和execute()方法不同，它能返回任务执行结果，
实际上还是调用execute()，并利用Future来获取任务执行结果；
3.shutdown()：等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止，但不会接受新的任务；
4.shutdownNow()：立即终止线程池，并尝试打断正在执行的任务，并清空缓存队列，返回尚未执行的任务；
还有getQueue() 、getPoolSize() 、getActiveCount()、getCompletedTaskCount()等获取与线程池相关属性的方法。
execute()源码：
public void execute(Runnable command) {
// 1.当前线程数量小于corePoolSize，则创建并启动线程。
int c = ctl.get();
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
// 成功，则返回
return;
}
// 2.步骤1失败，则尝试进入阻塞队列，
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
// 入队列成功，检查线程池状态，如果状态部署RUNNING而且remove成功，则拒绝任务
int recheck = ctl.get();
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
// 如果当前worker数量为0，通过addWorker(null, false)创建一个线程，其任务为null
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
// 3.步骤1和2失败，则尝试将线程池的数量扩充至maxPoolSize，如果失败，则拒绝任务
else if (!addWorker(command, false))
reject(command);
}
}
流程：
一般不提倡直接使用ThreadPoolExecutor，而是使用Executors类中提供的几个静态方法来创建线程池：
1.newFixedThreadPool(int nThreads)
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue());
}
创建固定容量大小的缓冲池；
corePoolSize=maximumPoolSize，阻塞队列使用LinkedBlockingQueue，大小为整数最大值；
新任务提交时，线程池中有空闲线程则会立即执行，如果没有，则会暂存到阻塞队列。
使用无界的LinkedBlockingQueue来存放执行的任务。当提交频繁时，可能会耗尽系统资源。
在线程池空闲时，也不会释放工作线程，还会占用一定的系统资源，需要shutdown。
2.newSingleThreadExecutor()
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue()));
}
只有一个线程的线程池，阻塞队列使用的是LinkedBlockingQueue;
若有多余的任务提交到线程池中，会被暂存到阻塞队列，待空闲时再去执行。按照先入先出的顺序执行任务。
3.newCachedThreadPool()
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue());
}
缓存线程池，缓存线程默认存活60秒。corePoolSize大小为0，核心池最大为Integer.MAX_VALUE,
阻塞队列使用SynchronousQueue。是一个直接提交的阻塞队列,
会迫使线程池增加新的线程去执行新的任务,当提交频繁处理不快时，有资源损耗风险,
没有任务执行时，当线程的空闲时间超过keepAliveTime（60秒），则工作线程将会终止被回收;
4.newScheduledThreadPool(int var0)
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int var0) {
return new ScheduledThreadPoolExecutor(var0);
}
定时线程池，该线程池可用于周期性地去执行任务，通常用于周期性的同步数据。