线程基础知识

并发编程的优缺点

为什么要使用并发编程（并发编程的优点）

充分利用多核CPU的计算能力：通过并发编程的形式可以将多核CPU的计算能力发挥到极致，性能得到提升方便进行业务拆分，提升系统并发能力和性能：在特殊的业务场景下，先天的就适合于并发编程。现在的系统动不动就要求百万级甚至千万级的并发量，而多线程并发编程正是开发高并发系统的基础，利用好多线程机制可以大大提高系统整体的并发能力以及性能。面对复杂业务模型，并行程序会比串行程序更适应业务需求，而并发编程更能吻合这种业务拆分 。

并发编程有什么缺点

并发编程的目的就是为了能提高程序的执行效率，提高程序运行速度，但是并发编程并不总是能提高程序运行速度的，而且并发编程可能会遇到很多问题，比如**：内存泄漏、上下文切换、线程安全、死锁**等问题。

并发编程三要素是什么？

原子性：原子，即一个不可再被分割的颗粒。原子性指的是一个或多个操作要么全部执行成功要么全部执行失败。

可见性：一个线程对共享变量的修改,另一个线程能够立刻看到。（synchronized,volatile）

有序性：程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。（处理器可能会对指令进行重排序）

并行和并发有什么区别？

并发：多个任务在同一个 CPU 核上，按细分的时间片轮流(交替)执行，从逻辑上来看那些任务是同时执行。

并行：单位时间内，多个处理器或多核处理器同时处理多个任务，是真正意义上的“同时进行”。

串行：有n个任务，由一个线程按顺序执行。由于任务、方法都在一个线程执行所以不存在线程不安全情况，也就不存在临界区的问题。

什么是多线程，多线程的优劣？

多线程：多线程是指程序中包含多个执行流，即在一个程序中可以同时运行多个不同的线程来执行不同的任务。

多线程的好处：

可以提高 CPU 的利用率。在多线程程序中，一个线程必须等待的时候，CPU 可以运行其它的线程而不是等待，这样就大大提高了程序的效率。也就是说允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务。

多线程的劣势：

线程也是程序，所以线程需要占用内存，线程越多占用内存也越多；

多线程需要协调和管理，所以需要 CPU 时间跟踪线程；

线程之间对共享资源的访问会相互影响，必须解决竞用共享资源的问题。

线程和进程区别

什么是线程和进程?

进程

一个在内存中运行的应用程序。每个进程都有自己独立的一块内存空间，一个进程可以有多个线程，比如在Windows系统中，一个运行的xx.exe就是一个进程。

线程

进程中的一个执行任务（控制单元），负责当前进程中程序的执行。一个进程至少有一个线程，一个进程可以运行多个线程，多个线程可共享数据。

进程与线程的区别

线程具有许多传统进程所具有的特征，故又称为轻型进程(Light—Weight Process)或进程元；而把传统的进程称为重型进程(Heavy—Weight Process)，它相当于只有一个线程的任务。在引入了线程的操作系统中，通常一个进程都有若干个线程，至少包含一个线程。

根本区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是处理器任务调度和执行的基本单位

包含关系：如果一个进程内有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线（线程）共同完成的；线程是进程的一部分，所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。

内存分配：同一进程的线程共享本进程的地址空间和资源，而进程之间的地址空间和资源是相互独立的

影响关系：一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。

执行过程：每个独立的进程有程序运行的入口、顺序执行序列和程序出口。但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制，两者均可并发执行

什么是上下文切换?

多线程编程中一般线程的个数都大于 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，为了让这些线程都能得到有效执行，CPU 采取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给其他线程使用，这个过程就属于一次上下文切换。

概括来说就是：当前任务在执行完 CPU 时间片切换到另一个任务之前会先保存自己的状态，以便下次再切换回这个任务时，可以再加载这个任务的状态。任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换。

什么是线程死锁

百度百科：死锁是指两个或两个以上的进程（线程）在执行过程中，由于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，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程（线程）称为死锁进程（线程）。

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被释放。由于线程被无限期地阻塞，因此程序不可能正常终止。

形成死锁的四个必要条件是什么

互斥条件：线程(进程)对于所分配到的资源具有排它性，即一个资源只能被一个线程(进程)占用，直到被该线程(进程)释放

请求与保持条件：一个线程(进程)因请求被占用资源而发生阻塞时，对已获得的资源保持不放。

不剥夺条件：线程(进程)已获得的资源在末使用完之前不能被其他线程强行剥夺，只有自己使用完毕后才释放资源。

循环等待条件：当发生死锁时，所等待的线程(进程)必定会形成一个环路（类似于死循环），造成永久阻塞

创建线程的四种方式

创建线程有四种方式：

• 继承 Thread 类；
• 实现 Runnable 接口；
• 实现 Callable 接口；
• 使用 Executors 工具类创建线程池

说一下 runnable 和 callable 有什么区别？

1.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

2.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：Callalbe接口支持返回执行结果，需要调用FutureTask.get()得到，此方法会阻塞主进程的继续往下执行，如果不调用不会阻塞。

什么是 Callable 和 Future?

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。

Future 接口表示异步任务，是一个可能还没有完成的异步任务的结果。所以说 Callable用于产生结果，Future 用于获取结果。

线程的状态和基本操作

新建(new)：新创建了一个线程对象。

可运行(runnable)：线程对象创建后，当调用线程对象的 start()方法，该线程处于就绪状态，等待被线程调度选中，获取cpu的使用权。

运行(running)：可运行状态(runnable)的线程获得了cpu时间片（timeslice），执行程序代码。注：就绪状态是进入到运行状态的唯一入口，也就是说，线程要想进入运行状态执行，首先必须处于就绪状态中；

阻塞(block)：处于运行状态中的线程由于某种原因，暂时放弃对 CPU的使用权，停止执行，此时进入阻塞状态，直到其进入到就绪状态，才 有机会再次被 CPU 调用以进入到运行状态。

阻塞的情况分三种：

(一). 等待阻塞：运行状态中的线程执行 wait()方法，JVM会把该线程放入等待队列(waitting queue)中，使本线程进入到等待阻塞状态；

(二). 同步阻塞：线程在获取 synchronized 同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，，则JVM会把该线程放入锁池(lock pool)中，线程会进入同步阻塞状态；

(三). 其他阻塞: 通过调用线程的 sleep()或 join()或发出了 I/O 请求时，线程会进入到阻塞状态。当 sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者 I/O 处理完毕时，线程重新转入就绪状态。

死亡(dead)：线程run()、main()方法执行结束，或者因异常退出了run()方法，则该线程结束生命周期。死亡的线程不可再次复生。

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。

请说出与线程同步以及线程调度相关的方法。

（1） wait()：使一个线程处于等待（阻塞）状态，并且释放所持有的对象的锁；

（2）sleep()：使一个正在运行的线程处于睡眠状态，是一个静态方法，调用此方法要处理 InterruptedException 异常；

（3）notify()：唤醒一个处于等待状态的线程，当然在调用此方法的时候，并不能确切的唤醒某一个等待状态的线程，而是由 JVM 确定唤醒哪个线程，而且与优先级无关；

（4）notityAll()：唤醒所有处于等待状态的线程，该方法并不是将对象的锁给所有线程，而是让它们竞争，只有获得锁的线程才能进入就绪状态；

调用wait，使用 if 块还是while循环？

处于等待状态的线程可能会收到错误警报虚假唤醒，如果不在循环中检查等待条件，程序就会在没有满足结束条件的情况下退出。

wait() 方法应该在循环调用，因为当线程获取到 CPU 开始执行的时候，其他条件可能还没有满足，所以在处理前，循环检测条件是否满足会更好。

线程的 sleep()方法和 yield()方法有什么区别？

（1） 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()方法只会给相同优先级或更高优先级的线程以运行的机会；

（2） 线程执行 sleep()方法后转入阻塞（blocked）状态，而执行 yield()方法后转入就绪（ready）状态；

（3）sleep()方法声明抛出 InterruptedException，而 yield()方法没有声明任何异常；

（4）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。

如何停止一个正在运行的线程？

在java中有以下3种方法可以终止正在运行的线程：

使用退出标志，使线程正常退出，也就是当run方法完成后线程终止。

使用stop方法强行终止，但是不推荐这个方法，因为stop和suspend及resume一样都是过期作废的方法。

使用interrupt方法中断线程。

什么是阻塞式方法？

阻塞式方法是指程序会一直等待该方法完成期间不做其他事情，ServerSocket 的accept()方法就是一直等待客户端连接。这里的阻塞是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起，直到得到结果之后才会返回。此外，还有异步和非阻塞式方法在任务完成前就返回。

Java 中你怎样唤醒一个阻塞的线程？

首先 ，wait()、notify() 方法是针对对象的，调用任意对象的 wait()方法都将导致线程阻塞，阻塞的同时也将释放该对象的锁，相应地，调用任意对象的 notify()方法则将随机解除该对象阻塞的线程，但它需要重新获取该对象的锁，直到获取成功才能往下执行；

其次，wait、notify 方法必须在 synchronized 块或方法中被调用，并且要保证同步块或方法的锁对象与调用 wait、notify 方法的对象是同一个，如此一来在调用 wait 之前当前线程就已经成功获取某对象的锁，执行 wait 阻塞后当前线程就将之前获取的对象锁释放。

notify() 和 notifyAll() 有什么区别？

如果线程调用了对象的 wait()方法，那么线程便会处于该对象的等待池中，等待池中的线程不会去竞争该对象的锁。

notifyAll() 会唤醒所有的线程，notify() 只会唤醒一个线程。

notifyAll() 调用后，会将全部线程由等待池移到锁池，然后参与锁的竞争，竞争成功则继续执行，如果不成功则留在锁池等待锁被释放后再次参与竞争。而 notify()只会唤醒一个线程，具体唤醒哪一个线程由虚拟机控制。

什么叫线程安全？servlet 是线程安全吗?

线程安全是编程中的术语，指某个方法在多线程环境中被调用时，能够正确地处理多个线程之间的共享变量，使程序功能正确完成。

Servlet 不是线程安全的，servlet 是单实例多线程的，当多个线程同时访问同一个方法，是不能保证共享变量的线程安全性的。

Java 线程数过多会造成什么异常？

1.线程的生命周期开销非常高

2.消耗过多的 CPU

3.资源如果可运行的线程数量多于可用处理器的数量，那么有线程将会被闲置。大量空闲的线程会占用许多内存，给垃圾回收器带来压力，而且大量的线程在竞争 CPU资源时还将产生其他性能的开销。

4.降低稳定性JVM

5.在可创建线程的数量上存在一个限制，这个限制值将随着平台的不同而不同，并且承受着多个因素制约，包括 JVM 的启动参数、Thread 构造函数中请求栈的大小，以及底层操作系统对线程的限制等。如果破坏了这些限制，那么可能抛出OutOfMemoryError 异常。

线程中的公平模式与非公平模式?

(1）线程中的公平模式就是所有线程排列在队列之中，按照顺序依次获取锁例如线程池中的scheduledThreadPool执行定时任务的时候就是采用的公平模式。

(2）线程中的非公平模式就是线程之间是采用竞争的方式来获取锁，抢占式的获取锁，例如Sychronzied同步锁就是采用的非公平模式

threadLocal是什么?

(1) threadLocal只能被当前线程调用

(2) threadLocal的底层是一个map,key就是当前线程的id，value就是当前线程设置的变量值。(3) threadLocal会为每一个线程存储一个变量的副本。

锁

说说自己是怎么使用 synchronized 关键字？

synchronized关键字最主要的三种使用方式：

修饰实例方法: 作用于当前对象实例加锁，进入同步代码前要获得当前对象实例的锁

修饰静态方法: 也就是给当前类加锁，会作用于类的所有对象实例，因为静态成员不属于任何一个实例对象，是类成员（ static 表明这是该类的一个静态资源，不管new了多少个对象，只有一份）。所以如果一个线程A调用一个实例对象的非静态 synchronized 方法，而线程B需要调用这个实例对象所属类的静态 synchronized 方法，是允许的，不会发生互斥现象，因为访问静态 synchronized 方法占用的锁是当前类的锁，而访问非静态 synchronized 方法占用的锁是当前实例对象锁。

修饰代码块: 指定加锁对象，对给定对象加锁，进入同步代码库前要获得给定对象的锁。

总结： synchronized 关键字加到 static 静态方法和 synchronized(class)代码块上都是是给 Class 类上锁。synchronized 关键字加到实例方法上是给对象实例上锁。尽量不要使用 synchronized(String a) 因为JVM中，字符串常量池具有缓存功能！

synchronized 和 Lock 有什么区别？

首先synchronized是Java内置关键字，在JVM层面，Lock是个Java类；

synchronized 可以给类、方法、代码块加锁；而 lock 只能给代码块加锁。

synchronized 不需要手动获取锁和释放锁，发生异常会自动释放锁，不会造成死锁；而 lock 需要自己加锁和释放锁，如果使用不当没有 unLock()去释放锁就会造成死锁。

通过 Lock 可以知道有没有成功获取锁，而 synchronized 却无法办到。

volatile 关键字的作用

volatile 关键字来保证可见性和禁止指令重排。 volatile 提供 happens-before 的保证，确保一个线程的修改能对其他线程是可见的。当一个共享变量被 volatile 修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存，当有其他线程需要读取时，它会去内存中读取新值。

从实践角度而言，volatile 的一个重要作用就是和 CAS 结合，保证了原子性，详细的可以参见 java.util.concurrent.atomic 包下的类，比如 AtomicInteger。

volatile 常用于多线程环境下的单次操作(单次读或者单次写)。

synchronized 和 volatile 的区别是什么？

volatile关键字是线程同步的轻量级实现，所以volatile性能肯定比synchronized关键字要好。

1. volatile不会造成线程的阻塞；synchronized可能会造成线程的阻塞。
2. volatile仅能使用在变量级别；synchronized则可以使用在变量、方法、和类级别的
3. 5.volatile标记的变量不会被编译器优化；synchronized标记的变量可以被编译器优化。

乐观锁和悲观锁的理解

乐观锁 : 故名思意十分乐观，它总是认为不会出现问题，无论干什么不去上锁！如果出现了问题，

再次更新值测试

悲观锁：故名思意十分悲观，它总是认为总是出现问题，无论干什么都会上锁！再去操作！

什么是可重入锁以及实现原理（ReentrantLock）？

ReentrantLock重入锁，是实现Lock接口的一个类，支持重入性，表示能够对共享资源能够重复加锁，即当前线程获取该锁再次获取不会被阻塞。它支持两种锁：公平锁和非公平锁

重入性的实现原理

要想支持重入性，就要解决两个问题：1. 在线程获取锁的时候，如果已经获取锁的线程是当前线程的话则直接再次获取成功；2. 由于锁会被获取n次，那么只有锁在被释放同样的n次之后，该锁才算是完全释放成功。

读写锁?

读写锁就是一种特殊的自旋锁，

(1）读写锁允许多个线程同时对一个数据加读锁，因为加读锁就是来读取数据的，此时其他线程也可以来读取数据。

(2）写锁是同一时刻只能被一个线程占有，因为写锁意味着有人要写一个共享数据，那同时就不能让其他人来写这个数据了。

(3）读写锁是一种非公平模式的锁，读锁和写锁不知道那个会先获取到线程。

(4）如果一个线程加了读锁，此时其他线程是不可以加写锁的，因为有人在读数据，不能随意来写数据的，同理，一个线程在写数据也不允许其他线程来读取数据。

什么死锁？

死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于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，它们都将无法推进下去。

产生死锁的条件是什么？怎么防止死锁？

产生死锁的必要条件：

1、互斥条件：所谓互斥就是进程在某一时间内独占资源。

2、请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。

3、不剥夺条件：进程已获得资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。

4、循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

防止死锁

尽量使用 tryLock(long timeout, TimeUnit unit)的方法(ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock)，设置超时时间，超时可以退出防止死锁。

尽量使用 Java. util. concurrent 并发类代替自己手写锁。

尽量降低锁的使用粒度，尽量不要几个功能用同一把锁。

尽量减少同步的代码块。

分布式锁是什么

分布式锁是什么

分布式锁：是控制分布式系统之间同步访问共享资源的一种方式。

实际开发过程中, 也会遇到如下场景, 不但要保证同一个key只能被一个的客户端增删改操作, 还要监控该key对应的value值, 这时就需要设置分布式锁了.如全局 ID、减库存、秒杀等场景，并发量不大的场景可以使用数据库的悲观锁、乐观锁来实现，但在并发量高的场合中，利用数据库锁来控制资源的并发访问是不太理想的，大大影响了数据库的性能。可以利用 Redis 的 setnx 功能来编写分布式的锁，如果设置返回 1 说明获取锁成功，否则获取锁失败，实际应用中要考虑的细节要更多。

场景分析

列如天猫双11热卖过程中, 怎么避免最后一件商品不被多人同时购买(超卖问题)

watch监听能监听特定的key是否被修改, 但是无法监听被修改的值, 此处要监控的是具体的数据.

虽然Redis是单线程的, 但是多个客户端对同一数据同时进行操作时, 如何避免不被同时修改呢?

解决方案

使用setnx设置一个公共锁 setnx lock-key value, value可以为随机任意值.

setnx命令能返回value值.只有第一次执行的才会成功并返回1，其它情况返回0：

如果返回是1, 说明没有人持有锁, 当前客户端设置锁成功,可以进行下一步的具体业务操作.

如果返回是0, 说明有人持有了锁, 当前客户端设置锁失败, 那么需要排队或等待锁的释放.

操作完毕通过del操作释放锁.

分布式锁RedLock

Redlock 是一种算法，Redlock 也就是 Redis Distributed Lock，可用实现多节点 redis 的分布式锁。RedLock 官方推荐，Redisson 完成了对 Redlock 算法封装。

RedLock 原理（了解）

假设有5个完全独立的redis主服务器

1.获取当前时间戳

2.client尝试按照顺序使用相同的key,value获取所有redis服务的锁，在获取锁的过程中的获取时间比锁过期时间短很多，这是为了不要过长时间等待已经关闭的redis服务。并且试着获取下一个redis实例。

比如：释放锁的时间为5s,设置获取锁最多用1s，所以如果一秒内无法获取锁，就放弃获取这个锁，从而尝试获取下个锁

3.client通过获取所有能获取的锁后的时间减去第一步的时间，这个时间差要小于释放锁的时间并且至少有3个redis实例成功获取锁，才算真正的获取锁成功

4.如果成功获取锁，则锁的真正有效时间是 释放锁的时间减去第三步的时间差 的时间；比如：释放锁的时间 是5s,获取所有锁用了2s,则真正锁有效时间为3s(其实应该再减去时钟漂移);

5.如果客户端由于某些原因获取锁失败，便会开始解锁所有redis实例；因为可能已经获取了小于3个锁，必须释放，否则影响其他client获取锁

如何使用 Redis 实现分布式锁？

使用 redis 实现分布式锁的思路：

1、setnx(String key,String value)

若返回 1，说明设置成功，获取到锁；

若返回 0，说明设置失败，已经有了这个 key，说明其它线程持有锁，重试。

2、expire(String key, int seconds)

获取到锁（返回 1）后，还需要用设置生存期，如果在多少秒内没有完成，比如发生机器故障、网络故障等，键值对过期，释放锁，实现高可用。

3、del(String key)

完成业务后需要释放锁。释放锁有 2 种方式：del 删除 key，或者 expire 将有效期设置为 0（马上过期）。

在执行业务过程中，如果发生异常，不能继续往下执行，也应该马上释放锁。

如果你的项目中 Redis 是多机部署的，那么可以尝试使用 Redisson 实现分布式锁，这是 Redis 官方提供的 Java 组件。

分布式锁的实现条件？

互斥性，和单体应用一样，要保证任意时刻，只能有一个客户端持有锁

可靠性，要保证系统的稳定性，不能产生死锁

一致性，要保证锁只能由加锁人解锁，不能产生 A 的加锁被 B 用户解锁的情况

总结volatile与CAS

volatile

• • • 获取共享变量时，为了保证该变量的可见性，需要使用 volatile 修饰
    • 它可以用来修饰成员变量和静态成员变量，可以避免线程从自己的工作缓存中查找变量的值，保证其必须到主存中获取变量的值
    • 线程操作 volatile 变量都是直接操作主存。即一个线程对 volatile 变量的修改，对另一个线程可见
    • volatile 仅仅保证了共享变量的可见性，让其它线程能够看到新值，但不能解决指令交错问题（不能保证原子性）
    • CAS 是原子性操作借助 volatile 读取到共享变量的新值来实现【比较并交换】的效果。

为什么无锁效率高

• • • 无锁情况下，即使重试失败，线程始终在高速运行，没有停歇，而 synchronized 会让线程在没有获得锁的时候，发生上下文切换，进入阻塞。
    • 打个比喻：线程就好像高速跑道上的赛车，高速运行时，速度超快，一旦发生上下文切换，就好比赛车要减速、熄火，等被唤醒又得重新打火、启动、加速… 恢复到高速运行，代价比较大。
    • 但无锁情况下，因为线程要保持运行，需要额外 CPU 的支持，CPU 在这里就好比高速跑道，没有额外的跑道，线程想高速运行也无从谈起，虽然不会进入阻塞，但由于没有分到时间片，仍然会进入可运行状态，还是会导致上下文切换。

CAS

• • • 结合 CAS 和 volatile 可以实现无锁并发，适用于线程数少、多核 CPU 的场景下。
    • CAS 是基于乐观锁的思想：最乐观的估计，不怕别的线程来修改共享变量，就算改了也没关系，吃亏点再重试呗。
    • synchronized 是基于悲观锁的思想：最悲观的估计，得防着其它线程来修改共享变量，我上了锁你们都别想改，我改完了解开锁，你们才有机会。
    • CAS 体现的是无锁并发、无阻塞并发，请仔细体会这两句话的意思。

• • • • 因为没有使用 synchronized，所以线程不会陷入阻塞，这是效率提升的因素之一。
      • 但如果竞争激烈 (写操作多)，可以想到重试必然频繁发生，反而效率会受影响。

• • • https://zhangc233.github.io/2021/05/31/多线程与高并发—JMM、Volatile、CAS/#共享模型之内存

ABA

• • 怎么产生的

• • • CAS算法实现一个重要前提需要取出内存中某时刻的数据并在当下时刻比较并替换，那么在这个 时间差 类会导致数据的变化。比如说一个线程one从内存位置V中取出A，这时候另一个线程two也从内存中取出A，并且线程two进行了一些操作将值变成了B.然后线程two又将V位置的数据变成A，这时候线程one进行CAS操作发现内存中仍然是A，然后线程one操作成功。尽管线程one的CAS操作成功，但是不代表这个过程就是没有问题的。

CountDOwnLatch(闭锁)

• • CountDownLatch 允许多线程阻塞在一个地方，直至所有线程的任务都执行完毕。
  • CountDownLatch 是共享锁的一种实现，它默认构造 AQS 的 state 值为 count。当线程使用 countDown 方法时，其实使用了 tryReleaseShared 方法以 CAS 的操作来减少 state，当 state 为 0， 就代表所有的线程都调用了 countDown 方法。
  • 当调用 await 方法的时候，如果 state 不为 0，就代表仍然有线程没有调用 countDown0 方法，那么就把已经调用过 countDown 的线程都放入阻塞队列 Park ，并自旋 CAS 判断 state == 0，直至最后一个线程调用了 countDown ，使得 state == 0，于是阻塞的线程便判断成功，全部往下执行

Samaphore(信号量)

• • 信号量，用来限制能同时访问共享资源的线程上限。
  • Semaphore 有点像一个停车场，permits 就好像停车位数量，当线程获得了 permits 就像是获得了停车位，然后停车场显示空余车位减一

ThreadLocal作用，内存溢出？

• • 作用

• • • ThreadLocal 的作用和目的：用于实现线程内的数据共享，即对于相同的程序代码，多个模块在同一个线程中运行时要共享一份数据，而在另外线程中运行时又共享另外一份数据。

• • 原理

• • • 每个线程调用全局 ThreadLocal 对象的 set 方法，在 set 方法中，首先根据当前线程获取当前线程的ThreadLocalMap 对象，然后往这个 map 中插入一条记录，key 其实是 ThreadLocal 对象，value 是各自的 set方法传进去的值。也就是每个线程其实都有一份自己独享的 ThreadLocalMap对象，该对象的 Key 是 ThreadLocal对象，值是用户设置的具体值。在线程结束时可以调用 ThreadLocal.remove()方法，这样会更快释放内存，不调用也可以，因为线程结束后也可以自动释放相关的 ThreadLocal 变量。

内存溢出现象

• • • 现象

• • • • ThreadLocal配合线程池时候 会出现内存泄漏是因为内存溢出造成的。内存泄露指的是原本应该回收的对象，现在由于种种原因，无法被回收。为什么上面会强调 配合线程池的时候，因为单独线程的时候，当线程任务运行完以后，线程资源会被回收，自然 本地副本也被回收了。而线程池里面的线程不全被回收（有的不会被回收，也有的会被回收）。

• • • 原理

• • • • 由于它是WeakReference的子类，所以 作为引用对象的 ThreadLocal，就有可能会被Entry清除引用。如果这时候 ThreadLocal没有其他的引用，那么它肯定就会被GC回收了。但是value 是强引用，而Entry 又被Entry[]持有，Entry[]又被ThreadLocalMap持有，ThreadLocalMap又被线程持有。只要线程不死或者 你不调用set，remove这两个方法之中任何一个，那么value指向的这个对象就始终 不会被回收。因为 不符合GC回收的两个条件的任何一个。

• • • 解决方法

• • • • 只要调用remove 这个方法会擦出 上一个value的引用，这样线程就不会持有上一个value指向对象的引用。就不会有内存露出了。

并发容器

什么是ConcurrentHashMap？

ConcurrentHashMap是Java中的一个线程安全且高效的HashMap实现。平时涉及高并发如果要用map结构，那第一时间想到的就是它。相对于hashmap来说，ConcurrentHashMap就是线程安全的map，其中利用了锁分段的思想提高了并发度。

ConcurrentHashMap如何实现线程安全的？

JDK 1.6版本关键要素：

segment继承了ReentrantLock充当锁的角色，为每一个segment提供了线程安全的保障；

segment维护了哈希散列表的若干个桶，每个桶由HashEntry构成的链表。

JDK1.8后，ConcurrentHashMap抛弃了原有的Segment 分段锁，而采用了 CAS + synchronized 来保证并发安全性

ConcurrentHashMap 的并发度是什么？

ConcurrentHashMap 把实际 map 划分成若干部分来实现它的可扩展性和线程安全。这种划分是使用并发度获得的，它是 ConcurrentHashMap 类构造函数的一个可选参数，默认值为 16，这样在多线程情况下就能避免争用。

在 JDK8 后，它摒弃了 Segment（锁段）的概念，而是启用了一种全新的方式实现,利用 CAS 算法。同时加入了更多的辅助变量来提高并发度。

同步集合与并发集合有什么区别？

同步集合与并发集合都为多线程和并发提供了合适的线程安全的集合，不过并发集合的可扩展性更高。在 Java1.5 之前程序员们只有同步集合来用且在多线程并发的时候会导致争用，阻碍了系统的扩展性。Java5 介绍了并发集合像ConcurrentHashMap，不仅提供线程安全还用锁分离和内部分区等现代技术提高了可扩展性。

SynchronizedMap 和 ConcurrentHashMap 有什么区别？

SynchronizedMap 一次锁住整张表来保证线程安全，所以每次只能有一个线程来访为 map。

ConcurrentHashMap 使用分段锁来保证在多线程下的性能。

ConcurrentHashMap 中则是一次锁住一个桶。ConcurrentHashMap 默认将hash 表分为 16 个桶，诸如 get，put，remove 等常用操作只锁当前需要用到的桶。这样，原来只能一个线程进入，现在却能同时有 16 个写线程执行，并发性能的提升是显而易见的。

CopyOnWriteArrayList 是什么，有哪些优缺点？

CopyOnWriteArrayList 是一个并发容器，在非复合场景下操作它是线程安全的。

CopyOnWriteArrayList(免锁容器)的好处之一是当多个迭代器同时遍历和修改这个列表时，不会抛出ConcurrentModificationException。在CopyOnWriteArrayList 中，写入将导致创建整个底层数组的副本，而源数组将保留在原地，使得复制的数组在被修改时，读取操作可以安全地执行。

CopyOnWriteArrayList 的缺点

1.由于写操作的时候，需要拷贝数组，会消耗内存，如果原数组的内容比较多的情况下，可能导致 young gc 或者 full gc。

2.不能用于实时读的场景，像拷贝数组、新增元素都需要时间，所以调用一个 set 操作后，读取到数据可能还是旧的，虽然CopyOnWriteArrayList 能做到最终一致性,但是还是没法满足实时性要求。

3.由于实际使用中可能没法保证 CopyOnWriteArrayList 到底要放置多少数据，万一数据稍微有点多，每次 add/set 都要重新复制数组，这个代价实在太高昂了。在高性能的互联网应用中，这种操作分分钟引起故障。

ThreadLocal 是什么？

ThreadLocal 是一个本地线程副本变量工具类，在每个线程中都创建了一个 ThreadLocalMap 对象，ThreadLocal 就是一种以空间换时间的做法，每个线程可以访问自己内部 ThreadLocalMap 对象内的 value。通过这种方式，避免资源在多线程间共享。

什么是阻塞队列BlockingQueue？

阻塞队列（BlockingQueue）是一个支持两个附加操作的队列。

这两个附加的操作是：在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。当队列满时，存储元素的线程会等待队列可用。

阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者是往队列里添加元素的线程，消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器，而消费者也只从容器里拿元素。

线程池

什么是线程池？有哪几种创建方式？

线程池：--其实就是一个 容纳多个线程的容器 ，其中的线程可以反复使用，省去了频繁创建线程对象的操作 ，--无需反复创建线程而消耗过多资源。

创建线程池的方式

（1）newSingleThreadExecutor：创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。

（2）newFixedThreadPool：创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。如果希望在服务器上使用线程池，建议使用 newFixedThreadPool方法来创建线程池，这样能获得更好的性能。

（3） newCachedThreadPool：创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，那么就会回收部分空闲（60 秒不执行任务）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说 JVM）能够创建的最大线程大小。

（4）newScheduledThreadPool：创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

线程池有什么优点？

降低资源消耗：重用存在的线程，减少对象创建销毁的开销。

提高响应速度。可有效的控制最大并发线程数，提高系统资源的使用率，同时避免过多资源竞争，避免堵塞。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。

提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

线程池的五大状态？

RUNNING：这是最正常的状态，接受新的任务，处理等待队列中的任务。

SHUTDOWN：不接受新的任务提交，但是会继续处理等待队列中的任务。

STOP：不接受新的任务提交，不再处理等待队列中的任务，中断正在执行任务的线程。

TIDYING：所有的任务都销毁了，workCount 为 0，线程池的状态在转换为 TIDYING 状态时，会执行钩子方法 terminated()。

TERMINATED：terminated()方法结束后，线程池的状态就会变成这个。

线程池中 submit() 和 execute() 方法有什么区别？

接收参数：execute()只能执行 Runnable 类型的任务。submit()可以执行 Runnable 和 Callable 类型的任务。

返回值：submit()方法可以返回持有计算结果的 Future 对象，而execute()没有

异常处理：submit()方便Exception处理

Executors和ThreaPoolExecutor创建线程池的区别

《阿里巴巴Java开发手册》中强制线程池不允许使用 Executors 去创建，而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险

Executors 各个方法的弊端：

newFixedThreadPool 和 newSingleThreadExecutor:

主要问题是堆积的请求处理队列可能会耗费非常大的内存，甚至 OOM。

newCachedThreadPool 和 newScheduledThreadPool:

主要问题是线程数最大数是 Integer.MAX_VALUE，可能会创建数量非常多的线程，甚至 OOM。

ThreaPoolExecutor创建线程池方式只有一种，就是走它的构造函数，参数自己指定

线程池的7大参数

corePoolSize（核心线程数） ：核心线程数，线程数定义了最小可以同时运行的线程数量。

maximumPoolSize（线程的最大数量） ：线程池中允许存在的工作线程的最大数量

workQueuexi（工作队列）：当新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，任务就会被存放在队列中。

keepAliveTime（空闲线程存活的时间）：线程池中的线程数量大于 corePoolSize 的时候，如果这时没有新的任务提交，核心线程外的线程不会立即销毁，而是会等待，直到等待的时间超过了 keepAliveTime才会被回收销毁；

unit（参数的时间单位） ：keepAliveTime 参数的时间单位。

threadFactory（线程工厂）：为线程池提供创建新线程的线程工厂

handler （拒绝策略）：线程池任务队列超过 maxinumPoolSize 之后的拒绝策略

线程池中使用多少线程合适？

分两种场景：CPU密集型、I/O密集型，不同场景需要合适的线程是不一样的
1. CPU密集型程序：CPU操作占比大的时候
a. 如果是多核CPU 处理 CPU 密集型程序，我们完全可以最大化的利用 CPU 核心数，应用并发编程来提高效率
b. 它的线程数量一般会设置为 CPU 核数（逻辑）+ 1
ⅰ. 因为万一有一个线程因为什么原因不能工作了，可以有一个替补立刻补充上来，确保CPU不会中断
2. I/O密集型程序：I/O操作占比大的时候
a. CPU核心的最佳线程数，如果多个核心，那么 I/O 密集型程序的最佳线程数就是：CPU核心数 * (1/CPU利用率) = CPU核心数 * (1 + (I/O耗时/CPU耗时))



 

线程池的执行流程

. 当调用 execute() 方法添加一个任务时，
a) 如果正在运行的线程数量小于 corePoolSize（核心线程数），那么马上创建线程运行这个任务；
b) 如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize，那么将这个任务放入队列；
c) 如果这时候队列满了，而且正在运行的线程数量小于 maximumPoolSize（线程的最大数量），那么还是要
创建非核心线程立刻运行这个任务；
d) 如果队列满了，而且正在运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize，那么线程池会抛出异常 RejectExecutionException。
3. 当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行。
4. 当一个线程无事可做，超过一定的时间（keepAliveTime 空闲线程存活的时间）时，线程池会判断，如果当前运
行的线程数大于 corePoolSize，那么这个线程就被停掉。所以线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到 corePoolSize 的大小

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