并发相关知识，以及对部分内容进行复习
并发面试题
一． 进程和线程
1. 进程是程序运行的最小单位
2. 一个程序的运行就是线程从创建，运行到消亡的过程。
3. 在java中启动main函数就是启动了一个JVM进程，main函数所在的线程（主线程）则是这个进程当中的一个线程
4. 线程是比进程更小的执行单位，一个进程可以有多个线程
5. 线程共享的是堆和方法区，私有的是虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器
5.1 虚拟机栈和本地方法栈的区别：本地方法栈与 Java 虚拟机栈类似，它们之间的区别只不过是本地方法栈为本地方法服务
二． 协程
1. 基于线程，但比线程更加轻量级，且可以由程序员自己写程序来进行管理
2. 线程切换由操作系统调度，协程由用户调度，可以减少上下文切换
3. 相同内存中协程的stack更加轻量，可以在内存中开启更多的协程
4. 在同一个线程上，可以避免因竞争关系而使用锁
三． 进程与线程的关系，从jvm和从操作系统两个角度讲有什么不同？
1. 从JVM的角度
（1） 为什么程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈是线程私有的呢？为什么堆和方法区是线程共享的呢？
程序计数器的作用：首先字节码解释器是通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码流程控制的。其次在多线程的环境下，程序计数器用于记录当前线程执行的位置
为什么程序计数器不可以共享：因为每个线程执行的位置都不一样，如果共享了程序计数器，那么多线程发生上下文切换之后，可能无法回到正确的位置
虚拟机栈作用：保存方法执行时的信息，例如局部变量表，操作数栈，常量池引用等?
本地方法栈：hotspot虚拟机中两栈合二为一？两者区别在于虚拟机栈为jvm执行java方法服务，本地方法栈则是为native方法服务。（native方法就是java调用非java代码的接口）
为什么两栈不可以共享：需要确保其他线程无法访问本线程的局部变量
（2） 其他
2. 从操作系统的角度
四． 并发和并行
1. 并发和并行的两大关键字是：同时，多任务；
2. 并行的关键是具有同时处理多任务的能力，而并发的关键是具有处理多个任务的能力，但不一定需要同时。
五． 为什么需要多线程
多核时代是为了提高cpu效率，满足
六． 多线程的问题（自己扩展一下）
1. 内存泄漏
（1） 概念：已动态分配的堆内存在使用完毕之后无法释放，导致一直占据该内存单元，直到程序结束。
（2） 主要出现在ThreadLocal中
2. 死锁
死锁是多个线程因竞争资源而造成的僵局（互相持有对方等待的资源）
产生死锁的四个必要条件（有一个不成立，就不会死锁）
（1） 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用
（2） 不剥夺条件：某资源只能有获得它的进程主动释放，不能被其他进程剥夺
（3） 请求和保持条件：进程持有资源，但又希望获得已经被其他进程占有的资源
（4） 循环等待条件：存在进程资源头尾相接的循环等待链p0-p1-p2-p0
3. 线程不安全
例如：多个线程池程先后更改数据，造成脏数据
七． 线程的生命周期和状态
1. 线程在生命中期中不是处于固定某状态的，而是会在执行期间不停的切换
2. New 初始状态，线程已经被构建，但没有调用start()方法，没开始
3. Runnable 运行状态，java将操作系统中就绪（调用了start方法）和运行笼统称为运行中
4. Blocked 阻塞状态（不消耗系统资源！！），表示线程阻塞于锁
5. Waiting 等待状态，需要等待其他线程特定的行为
6. Time_Waiting 超时等待，它不同于waiting的地方在于可以在指定的时间自行返回
7. Terminated 终止，表示当前线程已经执行完毕
八． 上下文切换
1. 前提：一个cpu核心在任何时刻只能被一个线程使用
2. 目的：让线程有效的执行（先进先出并不高效）
3. 策略：时间片轮转，当一个线程时间片用完之后就会处于就绪状态，而cpu资源就会分配给其他的线程（这时候会完成一次上下文切换）
4. 切换的过程：先在cpu寄存器和程序计数器中保存正在执行的指令位置（保存地址为系统内核），然后加载新任务的上下文并执行新的任务
九． 死锁
1. 概念：两个/多个线程同时持有对方需要的锁，因此发生了阻塞
2. 死锁四大条件：
（1） 互斥：（资源的持有是互斥的）一个资源一次只能被一个线程同时占有
（2） 不可剥夺条件：除非持有资源的线程主动释放，不然其他的线程无法获取这个资源
（3） 请求与保持条件：（因为请求而阻塞，但又保持着原来的资源）一个线程因请求资源而阻塞，但又不释放已经持有的资源
（4） 循环等待：多个线程形成了环状的资源等待链
3. 如何避免死锁
（1） 互斥就没法破坏了，这是天然的性质？
（2） 破坏不剥夺条件：如因请求资源而阻塞，可以主动释放已占有的资源
（3） 破坏请求与保持：一次性申请所有的资源
（4） 破坏循环与等待：申请资源顺序，释放资源反序
十． Sleep和wait
（1） 两者作用是一样的：用于暂停线程的执行
（2） 最主要的区别是sleep（）释放了锁，但是wait（）没有
（3） Wait()被调用后，需要使用notify（）或者notifyAll()唤醒，sleep执行完成后，会自动的苏醒
十一． 为什么不可以直接调用run（）方法，而需要调用start()方法
Start()方法会启动线程，并进入就绪状态，当分配到时间片就可以运行，然后start（）会自动调用run（）方法的内容。
但是如果直接执行run（）方法，那它会被当成main线程下的一个普通的方法来执行
十二． Synchronized
1. Synchronized关键字的一些了解
（1） 作用：解决多个线程访问资源的同步性，保证被它修饰的方法、代码块在任意时刻只有一个线程执行
Synchronized在java早起版本中属于重量级锁，原因是它依赖操作系统的锁，java的线程是映射到操作系统原生线程上的，因此如果需要挂起或者唤醒线程，需要操作系统从用户态到内核态之间的切换，成本比较高。
（2）（后来发生了什么改进呢？），在java6后面jvm对synchronized引入了大量的优化
2. Synchronized可以修饰实例方法（给对象实例加锁）、静态方法、以及代码块（给class类加锁）
2.1 同步代码块实现使用的是monitorenter和monitorexit指令；但synchronized修饰的方法并没有这两个指令，取而代之的是acc_synchronized。两者本质都是对monitor的获取
3. Synchronized 关键字的实际应用：双重检验锁实现单例模式
Public class Singleton{
Private volatile static Sigleton uniqueInstance;
Private Singleton(){
}
Public static Singleton getUniqueInstance(){
If(uniqueInstance == null){
Synchronized(Singleton.class){
If(uniqueInstance == null){
uniqueInstance = new Singleton();}
}
Return uniqueInstance;
}
}
4. 什么是构造方法：一种特殊的方法，与类同名，对象的创建就是通过构造方法来完成的，当类实例化一个对象时，就会自动的调用构造方法，构造方法和其他方法一样可以重载
十三． Java6以上的版本对synchronized的优化
1. 前提知识：java中的每个对象都可以作为锁
2. Hotspot虚拟机中对象在内存分为：对象头，示例数据和填充，对象头包含了MarkWord和类型指针，
3. 多线程下synchronized的加锁就是对同一个对象的对象头中的MarkWord中的变量进行CAS操作.
4. Synchronized锁的分类
https://www.cnblogs.com/wuqinglong/p/9945618.html，其实不是很了解
锁可以升级，但是不可降级
（1） 无锁
（2） 偏向锁
（3） 轻量级锁
（4） 重量级锁
5. 偏向锁
针对线程而言，获得锁后就不会有解锁等操作了，目的是节约开销，如果出现竞争，就升级
6. 轻量级锁：有两个线程竞争锁，就膨胀
7. 重量级锁：上面膨胀而来的，如果一个线程看到已经是重量级锁了，就会直接挂起
十四． Synchronized和ReentrantLock的区别
1. 共同点：两者都是可重入锁（自己可以再次获取自己的内部锁）。
2. Synchronized是依赖JVM实现的，R。。。是依赖JDK实现的（API层面）
3. R比s多了一些功能
（1） 等待可中断：正在等待的线程可以选择放弃（排队做核酸，不排了）
（2） R可以指定是公平锁还是非公平锁。公平意味着先等待的线程先获取
（3） 选择性通知：依靠Condition实现
十五． Volatile
1. Cpu缓存的问题：多线程下会出现内存缓存不一致的现象
2. JMM：java内存模型，当前内存模型下，线程可以把变量保存在本地内存，而不是在主存直接读写，这就可能咋成一个线程修改了主存的值，另一个线程还在使用寄存器中变量的拷贝。而解决这个问题的办法简单粗暴，就是使用volatile，它告诉jvm这个变量不稳定，每次都要从主存中读取。
3. 有序性：由于java在编译器中的优化，代码执行的顺序未必就是编写代码的顺序，
4. 综上所述，volatile的作用：防止jvm指令重排，保证变量的可见性
十六． 并发编程三个重要特性
1. 原子性
2. 可见性：一个变量对共享变量进行修改后，另外的线程立即可以看到修改后的最新值
3. 有序性：禁止指令进行重新排序优化
十七． Synchronized和volatile的区别
1. 它们是互补的存在
2. Volatile是轻量级实现，所以性能好于synchronized，但volatile只能用于变量，sync可以用于代码块、方法（v更轻量，性能更好，s应用场景更为广泛）
3. V只能保证可见性，不能保证原子性，s两者都可以保证
4. V解决的是变量在多个线程之间的可见性，s则是多个线程之间访问资源的同步性
十八． ThreadLocal
1. 实现每个线程拥有本地变量（两个人去收集宝物，用一个袋子会有争议，每人一个袋子就没有了），因此在并发模式下变量是安全的
2. 创建一个threadlocal变量，那么访问这个变量的每个线程都会有这个变量的本地副本
3. 原理
（1） ThreadLocalMap可以理解为定制化的HashMap，当前线程调用threadloacl的set、get方法实质上调用的就是ThreadLocalMap中的get，set方法
（2） 最终的变量存放在当前线程的ThreadLocalMap中，而不是存在ThreadLocal上，每个thread都具备一个ThreadLocalMap，它以ThreadLocal为key，Object对象为value
4. 内存泄漏问题
（1） ThreadLocalMap中key是ThreadLocal的弱引用，但是value是强引用，就可能出现在gc的时候key被回收value没有回收，这样一来map中就会出现key为null的entry。
（2） 因为gc没有回收掉value，如果不做任何措施，就会产生内存泄漏，ThreadLocal已经考虑了这种情况，调用set（），get(),remove()，会清理掉key为null的，但是使用完thread之后最好手动调用remove（）。
4.1 弱引用就是可有可无的，gc发现弱引用会直接回收内存，但是因为gc优先级很低，所以不一定会很快发现弱引用的对象
十九． 线程池
1. 使用线程池是因为创建和销毁线程都开销较大，以及为并发考虑（增加速度）
2. Runnable和Callable
（1） 最主要的区别是runnable不会返回结果或者抛出异常，但callable会，具体使用哪个得具体分析，因为runnable可以让代码更简洁
（2） Executors可以实现runnable和callable的互相转化
3. Execut（）和submit（）
（1） execute（）用于不需要返回值的任务，无法判断任务是否被线程池执行成功
（2） submit（）则用于需要返回值的任务，线程池会返回future类型的对象，通过这个对象判断任务是否成功，也可以通过get（）获得返回值，它会阻塞当前线程，直到任务完成
4. 线程池的创建：ThreadPoolExecutor
（1） 好处：明确线程池的运行规则
（2） 实现方式：构造方法和Executors（Executor框架的工具类）
（3） ThreadPoolExecutor 分析
3个最重要的参数
A． corePoolSize：核心线程数，定义了最小可以同时运行的线程数量
B． maximumPoolSize：队列中存放任务达到队列容量时，当前可以同时运行的线程数量变为最大线程数（啥意思）
C． workQueue，新任务来之前先判断，当前运行的线程数量是否达到核心线程数，达到的话，新任务会放在队列
其他常见参数
A． keepAliveTime：线程池的线程数量大于corePoolSize，如果没有新的任务提交，核心线程外的线程不会立即销毁，而是等待超过keepAliveTime再销毁
B． unit：keepAliveTime的事件单位
C． threadFactory：exector创建新线程用的
D． handler：饱和策略
（4） 单独介绍饱和策略
1. 定义：同时运行的线程数量达到最大线程数量且队列满了，就会运用到饱和策略
2. AbortPolicy，通过抛出异常来拒绝新的任务
3. CallerRunsPolicy：在程序可以承受延迟，并要求每个任务都被执行的时候选择。它调用执行自己的线程运行任务，也就是调用execute方法被拒绝的任务
4. discardPolicy：扔掉任务
5. discardOldPloicy：丢弃最早未处理的任务请求。
（5） 先提交任务，然后判断核心线程满了吗，没有就创建，有就把任务放到等待队列，然后如果等待队列也满了，那就看线程池是不是满了，如果没有就创建，满了就按照策略来处理
二十． Atomic原子类
1. 指的是一个操作是不可中断的，这个操作一旦开始就不会被其他线程所干扰
2. 原理：简单分析AtomicInteger类
（1） 利用CAS+volatile和native方法保证原子操作，避免syn的高开销
（2） Cas的原理：拿期望的值和原本值比较，如果相同，则更新为新的值。objectFieldOffset（）用来获取原本值，得到valueOffset，value是volatile变量，在内存中可见，因此jvm保证任何时刻任何线程都可以拿到该变量的最新值
二十一． AQS
1. AbstractQueueSynchronizer，在juc的locks包下面
2. 作用是构造锁和同步器的框架
3. 原理：如果被请求的共享资源空闲，则请求资源的线程为有效的工作线程，且锁定共享资源。如果共享资源被占用，就需要一套等待线程阻塞以及锁的分配机制，它由CLH队列锁实现
4. 对资源的共享方式
（1） 定义两种资源共享方式
独占：公平锁（先到先得）、非公平锁（抢）
共享：多个线程可以同时执行
（2） 底层实现：模板方法模式
1. 继承AbstractQueuedSynchronized 并重写指定的方法
2. AQS组合在自定义同步组件的实现中
（3） 组件总结
A． Semahpore 信号量：允许多个线程同时访问
B． CountDownLatch 倒计时器，让某个线程等待直到倒计时结束
C． CycleicBarrier ：和上述CountDownLatch类似，但功能更加复杂
（4） CountDownLatch用法
A． 作用是允许线程阻塞在一个地方，应用场景是使用多线程读取多个文件
B． 如果要改进，ComplietableFuture
浙公网安备 33010602011771号