java并发编程

0. 思维导图

并行：单位时间多个处理器同时处理多个任务
并发：一个处理器处理多个任务，按时间片轮流处理

1. java实现多线程有几种方式♥♥♥

实现接口会更好一些，因为java不支持多重继承，因此继承了Thread类就无法继承其他类，但是可以实现多个接口

1. 继承Thread类，只需要创建一个类继承Thread类然后重写run方法，在main方法中调用该类实例对象的start方法。
2. 实现Runnable接口，只需要创建一个类实现Runnable接口然后重写run方法，在main方法中将该类的实例对象传给Thread类的构造方法，然后调用start方法。
3. 实现Callable接口，只需要创建一个类实现Callable接口然后重写call方法（有返回值），在main方法中将该类的实例对象传给Future接口的实现类FutureTask的构造方法，然后再将返回的对象传给Thread类的构造方法，最后调用start方法。
4. 线程池，首先介绍它的好处，然后再说它可以通过ThreadPoolExecutor类的构造方法来进行创建。

补充：为什么不能直接调用run方法

• 调用start方法方可启动线程并使线程进入就绪状态，直接执行run方法的话不会以多线程的方式执行。

补充：多线程的优缺点？

• 优点：当一个线程进入阻塞或等待状态，cpu可以先去执行其他线程，提高cpu利用率
• 缺点：
  1. 频繁的上下文切换会影响多线程的执行速度
  2. 容易死锁

2. 线程池相关内容♥♥♥

• 好处：

  • 降低资源消耗，通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
  • 提高响应速度，当任务到达时，任务可以不需要等待线程就能立即执行
  • 提高线程的可管理性，线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅消耗资源而且降低系统的稳定性，使用线程池可以进行线程的统一分配，调优和监控。

• Executor框架的主要成员：ThreadPoolExecutor、ScheduledThreadPoolExecutor、future接口、Runnable接口、Callable接口和Executors

• 创建线程池的两种方式：

  • 通过ThreadPoolExecutor构造函数（推荐）
  • 通过Executor框架的工具类Executors来实现。我们现在创建三种类型的ThreadPoolExecutor:（不推荐，容量为Integer.MAX_VALUE,所以容易OOM）
    • CachedThreadPool：返回一个可根据实际情况调整线程数量的线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
    • FixedThreadPool：返回一个固定线程数量的线程池，可控制线程最大并发数，超过的线程会在队列中等待。
    • SingleThreadExecutor：返回一个只有一个线程的线程池，它只会用唯一的线程来执行任务，保证所有任务按照执行顺序执行。
      

• ThreadPoolExecutor构造方法的7个参数：

  • corePoolsize：线程池的核心线程数（最小可以同时运行的线程数）

  • maximumPoolSize：线程池的最大线程数（当任务队列存放的任务达到队列容量的时候，当前可以同时运行的线程数量变为最大线程数）

  • keepAliveTime：当线程数大于核心线程数时，多余的空闲线程存活的最长时间（如果此时没有新的任务提交，核心线程外的线程不会立即销毁，而是等到这么长时间，会被回收销毁）

  • unit：时间单位

  • workQueue：任务队列，用来存储等待执行任务的队列（当新的任务来的时候，会先判断当前运行的线程数量是否达到核心线程数，如果达到的话，就会被放入队列中）

  • ThreadFactory：线程工厂，用来创建线程

  • RejectedExecutionHandler：拒绝策略，当提交的任务过多而不能及时处理时，我们可以定制策略来处理任务

    • abortPolicy：抛出RejectedExecutionException来拒绝新任务的处理（默认）
    • CallerRunsPolicy：用调用者的线程运行任务
    • DiscardPolicy：不处理新任务，直接丢弃掉
    • DiscardOldestPolicy：丢弃最早的未处理的任务请求

  • ScheduledThreadPoolExecutor：用来在给定的延迟后运行任务，或者定期执行任务（一般不会使用）

3. 线程有哪几种状态♥♥

• 线程一共有6种状态，分别是NEW新建、Runnable运行、Blocked阻塞、限期等待、无期限等待、Terminated终止

  • 新建状态表示 线程被创建但是还没有启动
  • 运行状态表示 线程有可能正在执行，也有可能在等待CPU分配资源
  • 阻塞状态表示线程没有获取到monitor锁
  • 限期等待状态表示在一定时间后会有系统自动唤醒【线程在run方法的内部调用了wait()、join()或者sleep()，并且传入了等待时间参数】
  • 无限期等待状态表示 不会分配CPU资源，需要显示唤醒【线程在run方法的内部调用了wait()或者join()】
  • 终止状态 表示 线程执行结束

• 线程中阻塞和等待的区别

  • 阻塞状态指线程在等待其他线程释放monitor锁，等待状态指线程在等待其他线程执行某些操作，比如wait方法执行完毕或者等待调用notify方法唤醒线程。

4. sleep、wait、notify、yield和join方法的区别♥

多线程下，需要调用这个对象的synchronized方法或synchronized块必须获得对象锁，此时没有获取到线程会进入锁池；而获取到锁的线程如果调用了wait方法，线程就会进入等待池，进入等待池的线程不会竞争该对象的锁。

• sleep()方法：让当前正在执行的线程在指定的时间内暂停执行

  • 和wait()方法最大的区别：sleep没有释放锁，而wait释放了锁；调用sleep后自动唤醒，而wait不会自动唤醒，需要其他线程调用notify方法

• wait()方法：释放对象锁，进入等待池（一定是写在synchronized代码块中）

• notify()方法：从等待池中移出任意一个线程放入锁池中（一定是写在synchronized代码块中）

• notifyAll()方法：会将等待池中的所有线程都移动到锁池中（一定是写在synchronized代码块中）

• yield()方法：使当前线程重新回到可执行状态（CPU时间片用完了），所以执行yield()的线程有可能在进入到可执行状态后马上又被执行。

• join()方法：会使当前线程等待调用join()方法的线程结束后才继续执行。

5. 什么是上下文切换♥

• 单核处理器也支持多线程执行代码，CPU通过给每个线程分配CPU时间片来实现这个机制，因为时间片非常短（几十毫秒），所以CPU通过不停的切换线程执行让我们感觉多个线程是同时执行的
• CPU通过时间分片分配算法来循环执行任务，当前任务执行完一个时间片后会切换到下一个任务，但是在切换前会保存上一个任务的状态，以便下次切换回这个任务时，可以再加载这个任务的状态，所以，任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换

6. 设计一个简单的死锁程序♥♥

• 解释：两个线程同时开启，线程1先获得obj1对象的锁，然后想要获得对象obj2的锁，这个时候刚好线程2获得了对象obj2的锁，因此线程1会被阻塞，那么线程2也会想要获取对象obj1的锁，显然是无法得到的，也会进入阻塞状态，这就导致两个线程都无法释放自己的锁而结束。

7. ThreadLocal相关内容♥♥

• 定义：ThreadLocal叫做线程变量，也就是说该变量是当前线程独有的变量。ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本，那么每个线程可以访问自己内部的副本变量，因此就不会有多线程安全问题。
• 方法：他们可以使用get和set方法来获取默认值或将其值更改为当前线程所存的副本的值。
• 原理：我们从Thead类源码中可以看到有一个threadLocals变量，它是ThreadLocalMap类型的变量，而ThreadLocalMap是ThreadLocal的静态内部类，当我们调用set或者get方法的时候，实际上是将变量存放到了当前线程的ThreadLocalMap
• 问题：内存泄漏；ThreadLocalMap中使用的key为ThreadLocal的弱引用，而value是强引用，所以在垃圾回收的时候，key会被清理掉，而value不会被清理掉。这样一来，ThreadLocalMap中就会出现key为null的Entry。假如我们不做任何措施的话，value永远无法被GC回收，这个时候就可能会产生内存泄漏。解决手段：手动调用remove()方法。

8. 并发编程的三个问题♥♥

• 可见性：是指一个线程对共享变量进行修改，另一个线程要立即得到修改后的最新值。
• 原子性：是指在一次或多次操作中，要么所有的操作都执行并且不会受其他因素干扰而中断，要么所有的操作都不执行
• 有序性：是指程序中代码的执行顺序，java在编译和运行时会对代码进行优化，会导致程序最终的执行顺序不一定就是编写代码时的顺序（指令重排在单线程下可以提高性能，但在多线程下会出现问题）

9. 介绍一下java内存模型♥♥♥

• java内存模型是一套规范，描述了java程序中各种变量（线程共享变量）的访问规则，其规则所有的共享变量都存储在主内存中，每一个线程都有自己的工作内存，工作内存中只存储该线程对共享变量的副本，线程对变量的所有操作都必须在工作内存中完成，而不能直接读写主内存的变量。
• 作用：在多线程读写共享数据时，对共享数据的可见性、有序性、和原子性的保证。
• 主内存和工作内存之间的数据交互过程：lock->read->load->use->assign->store->write->unlock
• 注意：
  • 如果对一个变量执行lock操作，将会清除工作内存中此变量的值。
  • 对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步到主内存中

10. synchronized是如何保证三大特性♥♥

11. synchronized的特性♥♥

12. synchronized 的原理♥♥♥

13. ReentrantLock底层原理♥♥♥

14. synchronized与lock的区别♥♥♥

15. volatile的作用♥♥

16. volatile和synchronized的区别♥♥♥

17. CAS介绍一下♥♥

18. 乐观锁和悲观锁的区别♥♥

19. 锁升级的过程♥

20. synchronized优化♥