同步容器、并发容器及使用

1.什么是同步容器？同步容器使用什么方式实现线程安全

同步容器可以简单的理解位通过synchronized来实现同步的容器，如果有多个线程调用同步容器的方法，它们将会串行执行。包括Vector和Hashtable,以及由同步容器封装类。Collections.synchronizedXxx等工厂方法创建的类。

同步容器实现线程安全的方式将它们的状态封装起来，并对每个公有方法同步，使得每次只有一个线程能够访问容器的状态。

注意通过在迭代期间持有Vector的锁，可以防止其他线程在迭代期间修改Vector，但也因此降低了并发性。

2.导致抛出ConcurrentModificationException异常的原因？

首先，对容器类进行迭代的标准方式就是使用Iterator，但在设计同步容器类的迭代器时并没有考虑到并发修改的问题，并且它们表现出的行为是”及时失败“（fail-fast)的。这就意味着，当它们发现容器在迭代过程中被修改时，就会抛出一个ConcurrentModificationException异常。

其次，这种”及时失败“的迭代器并不是一种完备的处理机制，只是”善意地“捕获并发错误，因此只能作为并发问题的预警指示器。

最后，如果不希望在迭代期间对容器加锁，那么一种替代的方式就是”克隆“容器，并在副本上进行迭代。

3.经典并发容器类的介绍

通过并发容器来代替同步容器，可以极大地提高伸缩性并降低风险。

ConcurrentHashMap:基于散列的Map，并不是将每个方法都在同一个锁上同步使得每次只能有一个线程访问线程，而使用一种更细粒度的加锁机制来实现更大程度的共享。这种机制称为分段锁（Lock Striping）。在这种机制中，任意数量的读取线程可以并发地访问map，执行读取操作的线程和执行写入操作的线程可以并发地访问map，并且一定数量的写入线程可以并发地修改map。ConcurrentHashMap带来的结果是，在并发访问的环境下将实现更高的吞吐量，而在单线程环境中只损失非常小的性能。

ConcurrentHashMap与其他并发容器一起增强了同步容器类：它们提供的迭代器不会抛出ConcurrentModificationException，因此不需要在迭代过程中对容器加锁。ConcurrentHashMap返回的迭代器具有弱一致性。弱一致性的迭代器可以容忍并发的修改，当创建迭代器时会遍历已有的元素，并可以（但是不保证）在迭代器被构造后将修改操作反应给容器。

CopyOnWriteArrayList用于替代同步List，在迭代期间不需要对容器进行加锁或复制。“写入时复制（Copy-On-Write）”容器的线程安全性在于，只要是正确发布一个事实不可变的对象，那么在访问该对象时就不再需要进一步的同步。在每次修改时，都会创建并重新发布一个新的容器副本，从而实现可变性。

注意：仅当迭代的操作远远多于修改操作时，才应该使用“写入时复制“的容器。

4.阻塞队列和生产者-消费者模式

阻塞队列分为有界队列和无界队列，支持阻塞的put、take和定时的offer和poll方法。常见的生产者-消费者设计模式就是线程池和工作队列的组合。

offer方法：如果数据项不能够被添加到队列中，那么将返回一个失败的状态而不是阻塞直至可以添加。这个方法的使用可以提供更灵活的方式来处理负载过荷的情况，例如减轻负载，将多余的工作项序列化并写入磁盘，减少生产者的数量，或者通过某种方式来抑制生产者线程。

5.双端队列与工作密取（work stealing)

在工作密取的设计中，每个消费者都有自己的双端队列。如果一个消费者完成自己双端队列中的全部工作，那么它可以从其他的消费者双端队列秘密获取工作。

优势：比传统的生产者-消费者模式具有更高的伸缩性，减少竞争的发生。

6.阻塞产生的原因？中断异常出现的处理方式？

导致线程阻塞的原因包括：等待I/O操作结束，等待获取一个锁，等待从一个阻塞的方法中醒过来（thread.sleep)，或者等待另一个线程的计算机结果。

当代码调用中抛出一个InterruptedException异常的方法时，基本有两种主要选择方案：

传递InterruptedException。将异常的处理权传递给方法的调用者（可以捕获异常，然后执行某种清理的操作再传递给上层）。

恢复中断。

屏蔽中断：即对Thread进行扩展，并且控制调用栈上所有更高层次的代码。

7.同步工具类

同步工具类包含一些特定的结构化属性：它们封装了一些状态，这些状态将决定执行同步工具类的线程是继续执行还是等待。包括信号量（Semaphore）、栅栏（Barrier）、以及闭锁（Latch）。

闭锁

​ 闭锁可以用来确保某些活动直到其他活动都完成后才继续执行。当闭锁到达结束状态后，将不会再改变状态。

​ 启动门将使主线程能够同时释放所有工作线程，而结束们则是主线程能够等待最后一个线程执行完成，而不是顺序地等待每个线程执行完成。

​注意： FutureTask也可以用作闭锁，并且可以处于三种状态：等待运行、正在运行和运行完成。

信号量

​ 计数信号量用来控制同时访问某个特定资源的操作数量，或者同时执行某个指定操作的数量。计数信号量还可以用来实现某种资源池，或者对容器施加边界。

​注意： 计数信号量的特殊情况二值信号量，即初始值为1的semaphore，二值信号量可以用作互斥体，并且具备不可重入的加锁语义：谁拥有这个唯一的许可，谁就拥有了互斥体。

栅栏

栅栏类似于闭锁，它能阻塞一组线程直到某个事情发生。栅栏与闭锁的关键区别在于，所有线程必须同时到达栅栏的位置，才能继续执行。闭锁用于等待事情，而栅栏用于等待其他线程。栅栏可被重用。

8.如何构建缓存的学习？

为什么要使用缓存？

    缓冲可以缩短响应时间，减少不必要的重复操作。

设计缓冲的几点注意事项？

     是否是线程安全的，是否是原子操作。

     有没有缓存污染的情况，对于失败的缓存能否有效的清除。