Java并发复习
Java基础
1. 为什么要使用并发编程？
一般我们工作的电脑都有多核，我们创建多个线程，然后操作系统可以将多个线程分配给不同的CPU去执行，每个CPU执行一个线程，这样就提高了CPU使用效率。
在网络购物中，我们买了一个东西的同时，需要减库存，生成订单等等这些操作，就可以进行拆分利用多线程的技术完成。面对复杂业务模型，并行程序串行会比程序更适应业务需求，而并发编程更能吻合这种业务拆分。
->
- 充分利用多核CPU的计算能力；
- 更好进行业务拆分，提升应用性能
2. 并发编程有什么缺点
并发编程并不能总是能提高程序运行速度，而且可能遇到很多问题：
内存泄漏，上下文切换，线程安全，死锁等问题。
3.并发编程三个必要因素是什么？
- 原子性：可以这么理解：这里的原子是一个不可以再分割的颗粒。->一个或多个操作要么全部完成，否则全部失败
- 可见性：一个线程对共享变量的修改，其他线程能够立即看到（sychronized,volatile)
- 有序性：程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。（处理器看可能会对指令进行重排序->保证在处理器看到的串行语义一致）
4.在Java程序中怎么保证多线程的运行安全？
出现线程安全问题的原因一般都是三个原因：
- 线程切换带来的原子性问题
->解决方法：使用多线程之间同步synchronized或使用锁(lock). - 缓存导致的可见性问题
->solution: sychronized,volatile,LOCK,可以解决可见性问题。、 - 重排序优化带来的有序性问题
->solution:Happen-Before规则则可以解决 有序性问题
Happen-Before规则如下：
- 程序次序规则：在一个线程内，按照程序控制流，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作
- 锁操作：一个unlock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作
- volatile变量规则：对一个volatile变量的写操作先行发生于后面这个变量的读操作
- 线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作
- 线程终止规则：线程中的所有操作都先行发生于对此线程的终止检测。
- 线程中断规则：对线程的Interrupt()方法的调用发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生。
- 对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于它的finalize()方法的开始
并行和并发的区别
并行：同一时间多个处理器处理多个任务
并发：一个处理器按照时间片轮转法处理多个任务
什么是进程，什么是线程
这里有两个并发，一个是进程的并发，一个是线程 的并发
进程：对运行时的程序进行封装，是系统进行资源分配的基本单位，实现了操作系统的并发；
线程：进程的子任务，是CPU调度的基本单位，用于保证程序的实时性，实现进程内部的并发；
什么是上下文切换？
在多线程编程中，一般线程的个数大于CPU核心的个数，而一个CPU核心在任意时刻只能被一个线程使用，为了能让这些线程都有效的执行，CPU采用的策略是为每个线程分配时间片并轮转的形式。当一个线程 的时间片用完的时候就会重新处于就绪状态让其他线程使用，这个过程就属于一次上下文切换。
上下文切换通常会因为相当可观的处理器i时间来切换线程而消耗大量的CPU时间，在Linux系统中，上下文切换和模式切换的时间消耗是非常少的。
守护线程和用户线程的区别？
- 用户线程：运行在前台，执行具体的任务，如程序的主线程，连接网络的子线程等都是用户线程
- 守护线程：运行在后台，为其他前台线程服务。
守护线程在JVM中，是非守护线程的“佣人”,只要所有用户线程都结束运行，守护线程会随JVM一起结束工作。
什么是线程死锁？
- 死锁是指两个或两个以上的线程 因为竞争资源 或者 由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，他么都无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁进程。
- 多个线程同时被阻塞，它们中的一个或者全部都在等待某个资源别释放。由于线程被无限期地阻塞，因此程序不可能正常终止。
Java线程有几种状态，分别是啥
在Java thread state枚举类中定义了6种线程状态，分别是新建状态New,运行态Runnable,阻塞态Blocked，等待态waiting,延迟等待态Tiimed Waiting 和 终止状态Terminated
线程状态如何流转
新建状态(New)通过start 方法到达 运行状态 （Runnable)
运行状态(Runnable)等待锁进入阻塞状态(Blocked)
获得锁回到运行状态(Runnable)
运行状态(Runnable)等待其他线程通知进入等待状态(Waiting)
收到通知回到运行状态(Runnable)
超时等待（Time Waiting) 同理，但是这个会设置一个时间限制，超过了这个等待的最大时间，线程会自动返回。
结束进入终止状态
Java创建线程的方式
1. 继承Thread类
通过继承Thread类，并重写它的run方法，我们就可以创建一个线程。
- 首先定义一个类来继承Thread类，重写run方法
- 然后创建这个子类对象，并调用start方法启动线程
2. 实现Runnable接口
通过实现Runnable接口，并实现run方法，也可以创建一个线程。 - 首先定义一个类实现Runnable接口，并实现run方法。
- 然后创建Runnable实现类对象，并把它作为target传入Thread的构造函数中
- 最后调用start方法启动线程。
3.实现Callable接口，并结合Future实现 - 首先定义一个Callable的实现类，并实现call方法，call方法是带返回值的。
- 然后通过FutureTask的构造方法，把这个Callable实现类传进去。
- 把FutureTask作为Thread类的target，创建Thread线程对象。
- 通过FutureTask 的get方法获取线程的执行结果
说一下runnable和callable有什么区别
相同点：
- 都是接口
- 都可以编写多线程程序
- 都采用Thread.start()启动程序
主要区别：
- Runnable接口 run方法无返回值；Callable接口call方法有返回值，是个泛型，和Future，FutureTask配合可以用来获取异步执行的结果
- Runnable接口 run方法只能抛出运行时异常，且无法捕获处理；Callable接口call方法允许抛出异常，可以获取异常信息 注：Callable接口支持返回执行结果，需要调用FutureTask.get()得到，此方法会阻塞主线程的继续往下执行，如果不调用不会阻塞。
什么是Callable 和 Future ？ 什么是FutureTask？
- Callable接口类似于Runnable,从名字就可以看出来了，但是Runnable不会返回结果，并且无法抛出返回结果的异常，而Callable功能更强大一些，被线程执行后，可以返回值，这个返回值可以被Future拿到，也就是说，Future可以拿到异步执行任务的返回值。【异步执行：执行一个类似于函数的东西，但是不会被这个函数这一行代码阻塞，可以在之后的代码中获取结果或处理任务完成的状态】
sleep()和wait()有什么区别？
两者都可以暂停线程的执行：
- 类的不同：sleep()是THread线程类的静态方法,wait()是Object类的方法
- 是否释放锁：sleep()不释放锁；wait()释放锁
- 用途不同：Wait通常被用于线程间交互/通信，sleep通常被用于暂停执行。
- 用法不同：wait()方法被调用后，线程不会自动苏醒，需要别的线程调用同一个对象上的notify()或者notifyAll()方法。sleep()方法执行完成后，线程会自动苏醒。或者可以使用wait(long timeout) 超时后，线程会自动苏醒。
为什么线程通信的方法wait(),notify()和notifyAll()被定义在Object类里？
因为Java所有类的都继承了Object,Java想让任何对象都可以作为锁，并且wait()，notify()等方法用于等待对象的锁或者唤醒线程，在Java的线程类中并没有可供所有对象使用的锁，所以任意对象都可调用的方法一定定义在Object类中。
有的人会说，既然是线程放弃对象锁，那也可以把wait()定义在Thread类里面啊，新定义的线程继承于Theread类里面啊，新定义的线程继承于Thread类，也不需要重新定义wait()方法的实现
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。
知道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。
线程的sleep()方法和yield()方法有什么区别？
- sleep()方法给其他线程运行机会时不考虑线程的优先级，因此会给低优先级的线程以运行的机会；yield()方法指挥给相同优先级或更高优先级线程以运行的机会；
- 线程执行sleep()方法后转入阻塞（超时等待状态），而执行yield()方法后转入就绪（ready)状态；
- sleep()方法声明抛出InterruptedException,而yield()方法没有声明任何异常；
- sleep()方法比yield()方法（跟操作系统CPU调度相关） 具有更好的可移植性，通常不建议使用yield()方法来控制并发线程的执行。
[sleep()方法在Java中明确定义，而且在所有JAVA平台都一致 ，无论在哪个平台使用，sleep()方法都能导致线程暂停指定的时间]
在某些系统中，yield可能不能短暂放弃CPU ->Expand
如何停止一个正在运行的线程？
1.run()方法完成之后->使用退出标志，是线程正常退出
2.使用stop方法强行终止，但是不推荐这个方法，这是一个过时的方法
3.使用interrupt方法中断线程：这个需要被中断的线程的中断标识位不会因为sleep()，wait()而抹除
需要重复标记->需要有个catch块中不断标记
catch (InterruptedException e) {
System.out.println("Thread was interrupted during sleep.");
// 重新中断线程，以确保中断状态被正确标记
Thread.currentThread().interrupt();
}
注意：这个线程是否真正中断，需要看操作系统以及JVM的实现
Java中interrupted和 isInterrupted方法的区别？
interrupt:用于中断线程。调用该方法的线程的状态将设置为“中断”状态。
注意：线程中断仅仅是置线程的中断状态位，不会停止线程。需要用户自己去监视线程的状态为并做处理。
interrupted:是静态方法，查看当前中断信号是true还是false并且清除中断信号。如果一个线程被中断了，第一次调用interrupted则返回true,第二次和后面的就返回false了
线程池的拒绝策略有哪些？
AbortPolicy: 该线程是线程池的默认策略。使用该策略时，如果线程队列满了****丢掉这个任务并且抛出RejectedExecutionException异常。
DiscardPolicy :
队列满了，丢弃这个任务，不抛出异常
DiscardOldestPolicy:
丢弃最早将进入队列的任务，再尝试加入队列，移除队头，再让新加入的任务加入队尾
CallerRunsPolicy:
使用此策略，如果添加到线程池失败，那么主线程会自己去执行该任务，不会等待线程池中的线程去执行。**
CountDownLatch,CyclicBarrier,Semapher,Exchanger说一下：
- CountDownLatch:倒计数器。允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。
- CyclicBarrier：可循环使用(Cyclic)的屏障（Barrier)。让一组线程都到达屏障点的时候，所有被屏障拦截的线程才会运行。
- Exchanger:是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger用于进行线程缉拿的数据交换。它提供了一个同步点，在这个同步点，两个线程可以交换彼此的数据。
CyclicBarrier和CountDownLatch有什么区别？
- CyclicBarrier是可重用的，其中的线程会等待所有的线程完成任务。CountDownLatch是一次性的，不同的线程在同一个计数器上工作，知道计数器为0.
- CyclicBarrier面向的是线程数；CountDownLatch面向的是任务数。
这个就是说他们两个都会设置变量，假如变量是10，如果CyclicBarrier中的线程到达barrier-> -1
CountDownLatch中的任务完成->-1