java的线程安全、单例模式、JVM内存结构等知识学习和整理
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在下面的题目来自于我要加的一个QQ群，然后要加这个QQ群，首先要通过进阶考核，也就是下面这些题，当我看到这些题目的时候。发现这些题目很常见，但是细细去研究，发现每一个问题的知识点都是特别的多也比较深奥！
1，什么是线程安全 （参考书：https://book.douban.com/subject/10484692/）
2，都说String是不可变的，为什么我可以这样做呢
String a = "1";
a = "2";
3，HashMap的实现原理
4，写出三种单例模式，如果能考虑线程安全最好
5，ArrayList和LinkedList有什么区别
6，实现线程的2种方式
7，JVM的内存结构
8，Lock与Synchronized的区别
9，数据库隔离级别有哪些，各自的含义是什么，MYSQL默认的隔离级别是是什么。
10，请解释如下jvm参数的含义：
-server -Xms512m -Xmx512m -Xss1024K
-XX:PermSize=256m -XX:MaxPermSize=512m -XX:MaxTenuringThreshold=20
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80 -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly。
1.什么是线程安全 （参考书：https://book.douban.com/subject/10484692/）
线程安全就是多线程访问时，采用了加锁机制，当一个线程访问该类的某个数据时，进行保护，其他线程不能进行访问直到该线程读取完，其他线程才可使用。不会出现数据不一致或者数据污染。[百度百科:线程安全]
思考1：为什么会出现线程安全问题？
从百度百科的概念可以知道，发送线程安全问题的两个条件：-
多线程访问
-
访问某个数据，（这里强调一下，某个数据是实例变量即对线程是共享的）
这两个条件都必须满足，缺一不可，否则不会出现线程安全问题。
思考2：怎么解决线程安全问题？
通过加锁机制，可以使用关键字synchronized，或者java并发包中的Lock。还有在使用集合中的类如ArrayList或者HashMap时要考虑是否存在线程安全问题，如果存在最好使用ConcurrentHashMap替代hashMap，或者使用Collections.synchronizedXXX进行封装！
实例：通过一段代码演示线程安全和非线程安全
/**
* 线程安全和线程不安全---简单实例
*
* @author:dufy
* @version:1.0.0
* @date 2017/10/13
*/
public class ThreadSafey {
private int countUnSafe = 0;//实例变量
private int countSafe = 0;
//线程不安全的方法
public void addUnSafe(){
try {
Thread.sleep(100);//为了更好的测试。休眠100ms
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
countUnSafe ++;
System.out.println("countUnSafe = " + countUnSafe);
}
//线程安全的方法
//这里也可以使用使用同步代码块的方式，建议在实际开发使用同步代码块，相对比同步方法好很多， 也可以使用Lock进行加锁！
public synchronized void addSafe(){
try {
Thread.sleep(100);//为了更好的测试。休眠100ms
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
countSafe ++;
System.out.println("countSafe = " + countSafe);
}
public static void main(String[] args) {
ThreadSafey ts = new ThreadSafey();
UnSafeT unSafeT = new UnSafeT(ts);
SafeT safeT = new SafeT(ts);
//启动10个线程
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Thread thread = new Thread(unSafeT);
thread.start();
}
//启动10个线程
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Thread thread = new Thread(safeT);
thread.start();
}
}
}
//不安全线程测试类
class UnSafeT implements Runnable{
private ThreadSafey threadSafey;
public UnSafeT(ThreadSafey threadSafey){
this.threadSafey = threadSafey;
}
@Override
public void run() {
threadSafey.addUnSafe();
}
}
//安全线程测试类
class SafeT implements Runnable{
private ThreadSafey threadSafey;
public SafeT(ThreadSafey threadSafey){
this.threadSafey = threadSafey;
}
@Override
public void run() {
threadSafey.addSafe();
}
}
运行结果如下，多次运行后，发现countUnSafe总是有重复的值，并且不按照顺序输出，最后的结果也不是10；
countSafe 按照顺序打印，最后的结果也是10。如果你运行了上面的代码，可能和我执行下面打印的不一样，但是结论是一样的。
countUnSafe = 3
countUnSafe = 3
countUnSafe = 3
countUnSafe = 3
countUnSafe = 3
countUnSafe = 5
countUnSafe = 8
countUnSafe = 8
countUnSafe = 6
countUnSafe = 5
countSafe = 1
countSafe = 2
countSafe = 3
countSafe = 4
countSafe = 5
countSafe = 6
countSafe = 7
countSafe = 8
countSafe = 9
countSafe = 10
线程安全说简单了就上面这些内容，如何深入需要知道线程的工作原理，JVM下线程是如何进行工作，为什么实例变量会存在线程安全问题，而私有变量不会出现，这就和变量在内存中创建和存储的位置有关。下面进行简单的说明，不会一一展开了。
在程序运行后JVM中有一个主内存，线程在创建后也会有一个自己的内存（工作内存），会拷贝主内存的一些数据，每个线程之间能够共享主内存，而不能访问其他线程的工作内存，那么一个变量是实例变量的时候，如果没有加锁机制，就会出现线程安全问题。
比如：系统有线程A和线程B，这两个线程同时访问了addUnSafe方法，并将countUnsafe变量拷贝在自己的内存中（countUnsafe = 0），然后进行操作，那么这两个线程 都执行countUnsafe++，这两个线程的工作内存中countUnsafe = 1；然后写回主内存，此时主内存countUnsafe = 1，当另一个线程C访问时候，C工作内存操作的countUnsafe的值就是1，此时发生了线程安全问题。
【图片来自--java并发编程艺术-第二章 java内存模型抽象结构】
暂时就讲这么多了！
可以参考：Java 线程通信内存模型---主内存与工作内存 了解更多详细内容！
2.都说String是不可变的，为什么我可以这样做呢，String a = "1";a = "2";
先看一段代码，然后通过代码和一幅图进行讲解!
public class StringTest {
public static void main(String[] args) {
String s = "ABCabc";
System.out.println("s1.hashCode() = " + s.hashCode() + "--" + s);
s = "123456";
System.out.println("s2.hashCode() = " + s.hashCode() + "--" + s);
//运行后输出的结果不同，两个值的hascode也不一致，
//说明设置的值在内存中存储在不同的位置
}
}
【首先创建一个String对象s，然后让s的值为“ABCabc”， 然后又让s的值为“123456”。 从打印结果可以看出，s的值确实改变了。那么怎么还说String对象是不可变的呢？
其实这里存在一个误区： s只是一个String对象的引用，并不是对象本身。对象在内存中是一块内存区，成员变量越多，这块内存区占的空间越大。引用只是一个4字节的数据，里面存放了它所指向的对象的地址，通过这个地址可以访问对象。
也就是说，s只是一个引用，它指向了一个具体的对象，当s=“123456”; 这句代码执行过之后，又创建了一个新的对象“123456”， 而引用s重新指向了这个心的对象，原来的对象“ABCabc”还在内存中存在，并没有改变。内存结构如下图所示：
】---摘自【Java中的String为什么是不可变的？ -- String源码分析】
相关参考文章
1：【知乎-胖胖 回答】如何理解 String 类型值的不可变？
2：一个图参考8 张图理解 Java
3.HashMap的实现原理
HashMap 我之前的专栏中也有写过，不过分析HashMap要注意JDK版本，jdk1.7和jdk1.8中底层的实现就有不同。
说简单点HashMap是一个集合，通过put(key,value)存储数据，然后使用get(key)获取数据。
实现原理是基于hashing原理，使用hash算法实现。
jdk1.7 数组+链表
jdk1.8 数组+链表+红黑树
详情可参考下面博文：
java集合系列——Map之HashMap介绍（八）
HashMap的工作原理
Java8系列之重新认识HashMap
4.写出三种单例模式，如果能考虑线程安全最好
首先总结目前实现单例模式的方式有以下五种：
- 饿汉式，线程安全
- 懒汉式，线程不安全（注意加synchronized，变线程安全）
- 双重检验锁（注意将instance 变量声明成 volatile，并注意jdk版本大于等于1.5）
- 静态内部类 ，线程安全
- 枚举，线程安全
注：推荐使用后面三种
具体代码就不一一写了：如果想了解具体的代码如何写，点击下面：
5.ArrayList和LinkedList有什么区别
这个我之前也在我的博客中有介绍在[java集合系列——List集合总结（六）](http://blog.csdn.net/u010648555/article/details/59708627) 这里在说明一下： **简单介绍** 1 ArrayList是基于数组实现的，是一个数组队列。可以动态的增加容量！ 2. LinkedList是基于链表实现的，是一个双向循环列表。可以被当做堆栈使用！使用场景
- 当集合中对插入元素数据的速度要求不高，但是要求快速访问元素数据，则使用ArrayList！
- 当集合中对访问元素数据速度不做要求不高，但是对插入和删除元素数据速度要求高的情况，则使用LinkedList！
具体分析
1.ArrayList随机读取的时候采用的是get(index),根据指定位置读取元素，而LinkedList则采用size/2 ,二分法去加速一次读取元素，效率低于ArrayList！
2.ArrayList插入时候要判断容量，删除时候要将数组移位，有一个复制操作，效率低于LinkList！而LinkedList直接插入，不用判断容量，删除的时候也是直接删除跳转指针节点，没有复制的操作！
6.实现线程的2种方式
Java中有两种方式实现多线程，一种是继承Thread类，一种是实现Runnable接口。具- 实现Runnable接口
- 继承Thread类
注意：线程的启动是调用start()方法，而不是run()方法！
举例并进行解释
**1.直接调用run方法实例：**public class TestTheadDemo {
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
ThreadTest thread = new ThreadTest();
thread.run();
// thread.start();
}
}
}
class ThreadTest extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println("当前线程 ： " + Thread.currentThread().getName());
}
}
运行结果 ：当前线程全部是main线程，相当于ThreadTest类的thread对象直接调用了run(）方法。(直接调用run方法只是一个普通的单线程程式）
当前线程 ： main
当前线程 ： main
当前线程 ： main
当前线程 ： main
当前线程 ： main
2.调用start()方法
将上面的代码 注释的thread.start();打开， thread.run();注释！
运行结果 ：发现启动了不同的线程进行执行。
当前线程 ： Thread-0
当前线程 ： Thread-5
当前线程 ： Thread-3
当前线程 ： Thread-4
当前线程 ： Thread-2
当前线程 ： Thread-1
当前线程 ： Thread-7
当前线程 ： Thread-6
当前线程 ： Thread-9
查看start()方法的源码中，发现有个地方
public synchronized void start() {
//代码省略....
try {
start0();//注意这个地方，调用了native本地方法
started = true;
} finally {
//代码省略....
}
}
//本地方法
private native void start0();
总结: 调用start()方法，虚拟机JVM通过执行本地native方法start0和操作系统cup进行交互，此时线程并没有正在立即执行，而是等待cup的调度，当cpu分配给线程时间，线程才执行run()方法！
相关内容可以参考 【java多线程编程核心技术: 高洪岩 】
7.JVM的内存结构
**上图：【图片版本-深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践:周志明】**点击查看详情： 运行时数据区域
还有这个博文： JVM内存结构图解
8.Lock与Synchronized的区别
在Java中Lock与Synchronized都可以进行同步操作，保证线程的安全，就如上面第一问提到的，线程安全性问题。下面进行简单的额介绍！1.Synchronized的简单介绍
synchronized同步的原理
synchronized可以保证方法或者代码块在运行时，同一时刻只有一个方法可以进入到临界区，同时它还可以保证共享变量的内存可见性
synchronized同步实现的基础
- 普通同步方法，锁是当前实例对象
- 静态同步方法，锁是当前类的class对象
- 同步方法块，锁是括号里面的对象
一张图讲解对象锁和关键字synchronized修饰方法(代码块)
【死磕Java并发】-----深入分析synchronized的实现原理
2.Lock的简单介绍
首先明确Lock是Java 5之后，在java.util.concurrent.locks包下提供了另外一种方式来实现同步访问。 Lock是一个接口，其由三个具体的实现：ReentrantLock、ReetrantReadWriteLock.ReadLock 和 ReetrantReadWriteLock.WriteLock，即重入锁、读锁和写锁。增加Lock机制主要是因为内置锁存在一些功能上局限性。区别总结：
1.synchronized是Java语言的关键字，Lock是一个类，通过这个类可以实现同步访问；
2.synchronized是在JVM层面上实现的，不但可以通过一些监控工具监控synchronized的锁定，而且在代码执行时出现异常，JVM会自动释放锁定，但是使用Lock则不行，Lock是通过代码实现的，要保证锁定一定会被释放，就必须将unLock()，最好放到finally{}中。
3.Lock有ReetrantLock（可重入锁）实现类，可选的方法比synchronized多，使用更灵活。
4..并不是Lock就比synchronized一定好，因为synchronized在jdk后面的版本也在不断优化。在资源竞争不是很激烈的情况下，synchronized的性能要优于ReetrantLock，但是在资源竞争很激烈的情况下，synchronized的性能会下降很多，性能不如Lock。
9.数据库隔离级别有哪些，各自的含义是什么，MYSQL默认的隔离级别是是什么。
这个问题正好在上一家公司整理过，开心ing！事务指定了4种隔离级别（从弱到强分别是）：
- Read Uncommitted：读未提交
- Read Committed：读提交
- Repeatable Read：重复读
- Serializable：序列化
1：Read Uncommitted（读未提交）：一个事务可以读取另一个未提交事务的数据。
2：Read Committed（读提交）：一个事务要等另一个事务提交后才能读取数据。
3：Repeatable Read（重复读）：在开始读取数据（事务开启）时，不再允许修改操作。
4：Serializable（序列化）：Serializable 是最高的事务隔离级别，在该级别下，事务串行化顺序执行，可以避免脏读、不可重复读与幻读。
大多数数据库默认的事务隔离级别是Read committed，比如Sql Server , Oracle。MySQL的默认隔离级别是Repeatable read。
在事务的并发操作中可能会出现脏读（dirty read），不可重复读（repeatable read），幻读（phantom read）。可参考:理解事务的4种隔离级别
注:Mysql查询事务隔离级别：
查看当前会话隔离级别：select @@tx_isolation;
查看系统当前隔离级别：select @@global.tx_isolation;
设置当前会话隔离级别：set session transaction isolation level repeatable read;
设置当前会话隔离级别：set global transaction isolation level repeatable read;
10.请解释如下jvm参数的含义
-server -Xms512m -Xmx512m -Xss1024K -Xmn256m
-XX:PermSize=256m -XX:MaxPermSize=512m
-XX:MaxTenuringThreshold=20
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80
-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly
【图片来自网络，如有版权问题，请反馈，及时删除！】
-server ：服务器模式
注：JVM client模式和server模式，生产环境请使用-server，性能更好！
JVM client模式和Server模式的区别
-Xms512m ：JVM初始分配的堆内存，一般和Xmx配置成一样以避免每次gc后JVM重新分配内存。
-Xmx512m ：JVM最大允许分配的堆内存，按需分配
-Xss1024K ：设置每个线程的堆栈大小
-Xmn256m ：年轻代内存大小，整个JVM内存=年轻代 + 年老代 + 持久代
-XX:PermSize=256m ：设置持久代(perm gen)初始值，默认物理内存的1/64
-XX:MaxPermSize=512m ： 设置持久代最大值
**-XX:MaxTenuringThreshold=20 ** ： 垃圾最大年龄</fon
**-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80 ** ： 使用cms作为垃圾回收
使用80％后开始CMS收集</fon
-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly ： 使用手动定义初始化定义开始CMS收集</fon
还有很多很多参数。。。。
jvm参数设置参考博文
JVM系列三:JVM参数设置、分析
本次总结结束......
**如果帅气（美丽）、睿智（聪颖），和我一样简单善良的你看到本篇博文中存在问题，请指出，我虚心接受你让我成长的批评，谢谢阅读！
祝你今天开心愉快！**
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