线程

一、基础知识

1 进程：是系统执行资源分配和调度的独立单位，有属于自己的存储空间和系统资源。

ps：进程间内存独立不共享

2 线程：进程中的顺序控制流

例如：单线程--一个进程包含一个顺序控制流·

　　　多线程--一个进程包含多个顺序控制流·

ps:java中，线程间堆空间和方法区内存共享，栈内存不共享

3.实现方法

　　① 继承Thread

　　② 实现Runnable

　　③ 实现Callable（可以获取线程的执行 结果，但此时调用方线程阻塞）

4.ThreadLocal

 每一个Thread内部，有一个ThreadLocalMap对象，即每个线程独有的变量。

5. 线程池状态

①RUNNING：处于正常运行状态，可接收/处理任务。

②SHUTDOWN：调用线程池的shutdown()方法。不接受任务，执行完队列中的任务。

③STOP：调用shutdownNow()方法。不接受任务，队列中的任务不执行，运行中的任务中断。

④TIDYING：SHUTDOWN/STOP无线程运行时，转为该状态。

⑤TERMINED：线程池已关闭。

 

 

 

 二、对象

1. 一个空的Object对象，内存分布为

①MW（mark word：8个字节）

②klass（类元指针：4/8个字节）如果开启了指针压缩，那么类元指针占8个字节

③padding（填充：4个字节）由于存在伪共享问题，所以会有4个字节的填充，即未开启指针压缩

 2. 强软弱虚

①强（强引用）：当不在使用对象时，会被gc回收。

②软（软引用）：当不使用对象时，会在堆空间不足以分配新的资源时回收。

③弱（弱引用）：不管有没有使用该对象，只要gc就会被回收。

④虚（虚引用）：获取不到信息，用来监测内存外数据被删除，通知gc

 

 

 

 三、锁

1.轻量级锁（自旋锁：CAS）

　　无等待队列，忙等待。

　　场景：线程执行时间短，等待线程少。

2.重量级锁

　　有等待队列，通过操作系统调度。

　　场景：线程执行时间长，等待线程多。

3.锁升级过程：

　　①只有一个线程A访问资源时，为偏向锁；

　　②当有第二个线程B来访问资源时，若锁对象头指向线程B的ID，则直接获取锁；否则CAS尝试替换锁对象头指向自己，替换成功则仍然为偏向锁，失败改为自旋锁（轻量级锁）；

　　③n个线程竞争同一个资源，升级为synchronize锁（重量级锁）

4.什么是synchronize锁 

 　　是基于计算机内核态的monitorenter和monitorexit，其中底层通过c语言编写的lock comxchg 来实现上锁。

　　由于从用户态->内核态->用户态非常耗性能，所以称之为重量级锁。

 5.cache line

　　CPU在内存中取数据是以块的形式读取数据（也就是以cache line为单位进行读取），并加入到自己的高速缓存中，每个cache line是64个字节（Long = Double = 8 字节，Char = Short =  2 字节， Int = Float = 4 字节）

　　CPU伪共享问题：两个线程AB同时访问不在同一内存单元的x和y，但由于CPU从的将其加载到同一个cache line中，所以当线程A修改x后，将会给线程B发RFO消息并把它的缓存失效掉。

　　缓存行填充：可解决CPU伪共享问题。让每一份数据占据一个缓存行（将数据填充到64byte）。

　　例如：预读取对象Object obj 的 Long x 成员变量，则在x前填充6个Long b1 ~ Long b6（对象头也占8字节），使其达到64个字节，因此会被读取到单独的cache line中。

　　拓展：java 8中可以用@Contended在类/字段上，将类/字段加载到独立的缓存行上，需加上虚拟机参数-XX:-RestrictContended。

 

 

 

关键字

valatile：

　　线程可见性。因为线程是运行在不同的CPU内，所以线程间可见性=CPU间可见性。

　　如果vlatile标注的变量x被线程A修改时，会通知其他使用x的线程让其重新去缓存中取一遍。

 　　可解决指令重排序问题。

 

 

 

面试题：

一、CAS类

1.ABA问题：（针对变量m）

　　描述：线程A修改m的期望值为0，但这个0经过线程B修改为8，再由线程C修改为0，此时的0不同于真正期望的0。

　　解决：添加版本号（integer、boolean等等）

2.CAS修改值的原子性问题

　　描述：在线程A内部判断m期望值正确之后，在修改之前，线程B进行修改。

　　解决： 通过使用原子性的类，例如AtomicInteger。

　　底层是用汇编语言写的一个汇编操作 lock cmpxchg指令，实现CAS修改值的原子性（ps：多核CPU执行 lock cmpxchg，单核CPU执行 cmpxchg）

二、其他

 1.指令重排序问题

　　描述：原本先执行a(),在执行b()，CPU为了提高效率，在执行a()的时候，把b()执行了。

　　场景：Object o = new Object()有三个步骤，

　　　　1. new 一个对象，并为其分配空间， 其成员变量为默认值 （半初始化状态）

　　　　2. invokespecial （运行构造方法），此时成员变量为设定值

　　　　3. 将 o 指向到 new 出来的空间

　　　　重排序发生，执行顺序为1->3->2，线程A创建对象o，线程B获取到了半初始化的o，此时其

　　　　成员变量为0，出问题了。

 2.哲学家就餐问题

　　描述：五个哲学家，坐在圆桌上，每个哲学家左右手都有一根筷子，如何才能使就餐最快完成。

　　解决：避免死锁，混入一个左撇子或右撇子即可。最高效：奇数左撇子，偶数右撇子。

3.生产者消费者问题

　　描述：生产者生产，消费者消费，生产最大量有限制。

　　解决：生产者消费者抢夺仓库一把锁，抢到后判断是否超出仓库最大量/仓库是否无商品。

4.异步回调回滚问题

　　描述：多个事务，其中一个事务失败，要求其他事务回滚。

　　解决：CompletableFuture的getAll方法可以获取到所有事务的回调结果。

5. 为什么不推荐使用Executors来创建线程？

　　原因：Executors底层是通过调用new ThreadPoolExecutor(,,,new LinkedBlockQueue<Runnable>())方法，而LinkedBlockQueue()方法是一个无界阻塞队列，当开的线程多了，任务不断被塞入队列中，容易导致OOM(out of memory)。

　　举例：FixedThreadPool、SingleThreadExecutor。

　　建议：用ThreadPoolExecutor来定义线程池。

6.Sychronized和ReentrantLock的区别？

①用法不同：Sychronized可用于修饰普通方法、静态方法和代码块。ReentrantLock只能修饰代码块。

②获取锁和释放锁方式不同：Sychronized自动上锁、释放锁。ReentrantLock需手动lock()、unlock()。

③锁类型不同：Sychronized是非公平锁，ReentrantLock可在创建时传入boolean值来控制是否为公平锁。

④响应中断不同：Sychronized不可响应中断，ReentrantLock可以用lockInterruptibly()来获取锁并响应中断指令。

 ⑤底层实现不同：Sychronized在JVM层通过监视器(Monitor)实现，ReenrtrantLock通过AQS程序级别的API实现。

 ⑥锁标识不同：Sychronized锁信息在对象头MarkWord上，ReentrantLock是通过state变量判断。

7.