進(jìn)程與線程

1.進(jìn)程：
? ? ? ?進(jìn)程是資源分配的基本單位启妹，又是調(diào)度運(yùn)行的基本單位，是系統(tǒng)中并發(fā)執(zhí)行的單位杖爽。進(jìn)程是一個(gè)具有一定獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合的一次運(yùn)行活動(dòng)诚欠。

① 進(jìn)程是一個(gè)實(shí)體。每一個(gè)進(jìn)程都有它自己的地址空間草丧，一般情況下狸臣，包括代碼段、數(shù)據(jù)區(qū)和堆棧昌执；
② 進(jìn)程是一個(gè)“執(zhí)行中的程序”固棚。程序是一個(gè)沒(méi)有生命的實(shí)體，只有處理器賦予程序生命時(shí)仙蚜，它才能成為一個(gè)活動(dòng)的實(shí)體，我們稱其為進(jìn)程厂汗。

2.線程：
? ? ? ?線程是進(jìn)程中執(zhí)行運(yùn)算的最小單位委粉，通常在一個(gè)進(jìn)程中可以包含若干個(gè)線程，這若干個(gè)線程可以被同時(shí)調(diào)度到多個(gè)CPU上運(yùn)行娶桦，線程可以利用進(jìn)程所擁有的資源贾节。
? ? ? ?多線程是為了同步完成多項(xiàng)任務(wù)汁汗，不是為了提高運(yùn)行效率，而是為了提高資源使用效率來(lái)提高系統(tǒng)的效率栗涂。線程是在同一時(shí)間需要完成多項(xiàng)任務(wù)的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)的知牌。

線程安全問(wèn)題

? ? ? ?在沒(méi)有充足同步的情況下，由于線程內(nèi)存模型及多線程中的操作執(zhí)行順序的不可預(yù)測(cè)性的緣故斤程，對(duì)對(duì)象中的可變狀態(tài)或類的共享狀態(tài)執(zhí)行操作時(shí)角寸，可能會(huì)產(chǎn)生奇怪的結(jié)果。

1.內(nèi)存屏障

內(nèi)存屏障

2.volatile 修飾符

? ? ? ?保證了共享變量的可見(jiàn)性忿墅，當(dāng)一個(gè)線程修改一個(gè)共享變量時(shí)扁藕，另外一個(gè)線程能夠讀到被修改的值，不保證其原子性疚脐。
? ? ? ?在對(duì)volatile 變量進(jìn)行寫操作時(shí)會(huì)多出lock匯編代碼亿柑，該指令會(huì)引發(fā)兩件事情：
　　　　1.lock前綴指令會(huì)引起處理器將緩存行寫回到內(nèi)存，以前的處理器通過(guò)LOCK#信號(hào)鎖總線棍弄，而目前的處理器則是通過(guò)緩存鎖定望薄，鎖定這塊內(nèi)存區(qū)域的緩存；
　　　　2.上述寫回操作會(huì)使其他CPU里緩存了該內(nèi)存地址的數(shù)據(jù)無(wú)效呼畸；通過(guò)緩存一致性協(xié)議痕支，每個(gè)處理器通過(guò)嗅探在總線上傳播的數(shù)據(jù)（對(duì)共享數(shù)據(jù)的修改）來(lái)查看自己緩存的值是否過(guò)期。

可見(jiàn)性：對(duì)一個(gè)volatile變量的讀役耕，總是能看到(任意線程)對(duì)這個(gè)volatile變量最后的寫入采转；
原子性：對(duì)任意volatile變量的單個(gè)讀/寫操作具有原子性，但類似volatile++這種復(fù)合操作不具有原子性瞬痘；

volatile寫-讀的內(nèi)存語(yǔ)義
? ? ? ?當(dāng)寫一個(gè)volatile變量時(shí)故慈，JMM會(huì)把該線程的本地內(nèi)存中的共享變量刷新到主內(nèi)存；
? ? ? ?當(dāng)讀一個(gè)volatile變量時(shí)框全，JMM會(huì)直接從主內(nèi)存中讀取共享變量察绷；
volatile寫-讀的內(nèi)存語(yǔ)義實(shí)現(xiàn)
　　 StoreStore屏障-volatile寫-StoreLoad屏障；
　　 volatile讀-LoadLoad屏障-LoadStore屏障津辩；

volatile重排序規(guī)則表

? ? ? ?只要volatile變量和普通變量之間的重排序可能會(huì)破壞volatile的內(nèi)存語(yǔ)義拆撼，這種重排序就會(huì)被編譯器重排序規(guī)則和處理器內(nèi)存屏蔽插入策略禁止；

3.synchronized

? ? ? ?靜態(tài)同步方法鎖住Class對(duì)象喘沿，普通同步方法鎖住當(dāng)前對(duì)象闸度，同步代碼塊鎖住配置的對(duì)象。JVM基于進(jìn)入和退出Monitor對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)同步蚜印。同步代碼塊→monitorenter莺禁，monitorexit；同步方法→ACC_SYNCHRONIZED窄赋。任意線程對(duì)Object的同步訪問(wèn)哟冬，首先要獲得Object的監(jiān)視器楼熄，如果獲取失敗，線程進(jìn)入同步隊(duì)列浩峡，線程狀態(tài)變?yōu)锽locked可岂。當(dāng)訪問(wèn)Object的前驅(qū)釋放了鎖，則該釋放操作會(huì)喚醒阻塞隊(duì)列中的線程翰灾，使其重新嘗試對(duì)監(jiān)視器的獲取缕粹。
? ? ? ?釋放鎖和獲取鎖與volatile寫-讀具有相同的內(nèi)存語(yǔ)義，在多處理器上進(jìn)行CAS時(shí)预侯，會(huì)在cmpxchg加上lock前綴蒸殿。
? ? ? ?lock前綴：確保對(duì)內(nèi)存的讀-改-寫操作原子執(zhí)行脱拼；禁止該指令與之前和之后的讀寫指令重排序回还；把寫緩存區(qū)中的所有數(shù)據(jù)刷新到內(nèi)存中抛人。

4.JAVA對(duì)象頭

? ? ? ?如果對(duì)象是數(shù)組，則對(duì)象頭尾3個(gè)字寬糜芳，否則為2個(gè)字寬飒货；JAVA對(duì)象頭里的MarkWord里默認(rèn)存儲(chǔ)對(duì)象的HashCode、分代年齡和鎖標(biāo)記位峭竣。

MarkWord

5.鎖的升級(jí)和對(duì)比

鎖一共有4種狀態(tài)塘辅，由低到高分別為：無(wú)鎖、偏向鎖皆撩、輕量級(jí)鎖扣墩、重量級(jí)鎖，鎖狀態(tài)會(huì)隨著競(jìng)爭(zhēng)情況逐漸升級(jí)扛吞，鎖可以升級(jí)但不能降級(jí)呻惕；

偏向鎖

? ? ? ?當(dāng)一個(gè)線程訪問(wèn)同步代碼塊并獲取鎖時(shí)，會(huì)在對(duì)象頭和棧幀的鎖記錄里面存儲(chǔ)鎖偏向的線程ID滥比，以后該線程在進(jìn)入和退出同步塊時(shí)不需要進(jìn)行CAS操作來(lái)加鎖和釋放鎖(如果鎖仍然偏向該線程亚脆，若不則CAS操作將對(duì)象頭的偏向鎖指向該線程)，只需簡(jiǎn)單測(cè)試對(duì)象頭的偏向鎖記錄是否仍然指向該線程盲泛。
? ? ? ?偏向鎖的撤銷濒持，出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)才釋放鎖，撤銷需要等待全局安全點(diǎn)寺滚，暫停并檢查用于偏向鎖的線程柑营，若不處于活動(dòng)狀態(tài)則置為無(wú)鎖狀態(tài)，若線程仍活著則暫停并恢復(fù)對(duì)象頭為無(wú)鎖或標(biāo)記對(duì)象不適合作為偏向鎖村视，然后喚醒線程官套；

輕量級(jí)鎖

• 加鎖
  在當(dāng)前線程的棧幀中創(chuàng)建存儲(chǔ)鎖記錄的空間，并復(fù)制對(duì)象頭中的Mark Word到鎖記錄中(Displaced Mark Word)，然后使用CAS將對(duì)象頭中的Mark Word替換為指向鎖記錄的指針虏杰，成功則獲得鎖，失敗則表示有其他線程競(jìng)爭(zhēng)鎖勒虾，嘗試自旋來(lái)獲取鎖纺阔；

• 解鎖，通過(guò)CAS操作將Displaced Mark Word替換回對(duì)象頭修然，成功(a &b)則表示沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)笛钝；失敗則鎖膨脹成了重量級(jí)鎖，喚醒等待的線程愕宋，但都會(huì)釋放鎖玻靡；
  a. 對(duì)象頭中的Mark Word中的鎖記錄是否仍然指向當(dāng)前線程鎖記錄；
  b. 拷貝在當(dāng)前線程鎖記錄的Mark Word信息是否與對(duì)象頭中的Mark Word一致中贝；
  

  鎖原理圖

6.原子操作的實(shí)現(xiàn)

1） 處理器如何實(shí)現(xiàn)原子操作囤捻？

• 總線鎖(開(kāi)銷大)，使用處理器提供的一個(gè)LOCK#信號(hào)邻寿，當(dāng)一個(gè)處理器在總線上輸出此信號(hào)時(shí)蝎土，其他處理器的請(qǐng)求將被阻塞，其與內(nèi)存的通信被鎖住绣否，那么該處理器可以獨(dú)享共享內(nèi)存

• 緩存鎖誊涯，保證同一時(shí)刻對(duì)某個(gè)內(nèi)存地址的操作是原子的，內(nèi)存區(qū)域如果被緩存在處理器的緩存行中蒜撮，并且在LOCK操作期間被鎖定暴构，那么當(dāng)將緩存寫回內(nèi)存時(shí)，通過(guò)修改內(nèi)部的內(nèi)存地址并允許它的緩存一致性來(lái)保證操作的原子性段磨。但是當(dāng)操作的數(shù)據(jù)不能被緩存或操作的數(shù)據(jù)跨越多個(gè)緩存行時(shí)處理器會(huì)調(diào)用總線鎖定取逾，還有部分處理器不支持緩存鎖定；

2） JAVA如何實(shí)現(xiàn)原子操作薇溃？

• 循環(huán)CAS操作菌赖，利用處理器提供的CMPXCHG指令實(shí)現(xiàn)；

CAS實(shí)現(xiàn)原子操作的三大問(wèn)題：
　　　1.ABA問(wèn)題沐序，一個(gè)值從A→B→A變化琉用，使用CAS檢查會(huì)發(fā)現(xiàn)值無(wú)變化，解決辦法是變量前面追加版本號(hào)策幼；
　　　2.循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)開(kāi)銷大邑时，自旋CAS如果長(zhǎng)時(shí)間不成功會(huì)給CPU帶來(lái)非常大的執(zhí)行開(kāi)銷；
　　　3.只能保證一個(gè)共享變量的原子操作特姐，將多變量合并晶丘，JDK1.5提供的AtomicReference 類來(lái)保證引用對(duì)象的原子性，可以將多個(gè)變量封裝到一個(gè)對(duì)象中來(lái)進(jìn)行CAS；

• 使用鎖機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)原子操作浅浮，保證了只有獲得鎖的線程才能夠操作鎖定的內(nèi)存區(qū)域沫浆，除了偏向鎖，JVM實(shí)現(xiàn)鎖的方式都采用了循環(huán)CAS滚秩，在進(jìn)入時(shí)通過(guò)循環(huán)CAS獲取鎖专执，在退出同步塊時(shí)使用循環(huán)CAS來(lái)釋放鎖；

7.從源代碼到指令序列的重排序

? ? ? ?1)編譯器優(yōu)化重排序郁油，在不改變單線程程序語(yǔ)義的前提下本股，可以重新安排語(yǔ)句的執(zhí)行順序；
? ? ? ?2）指令級(jí)并行重排序桐腌，現(xiàn)代處理器采用指令級(jí)并行技術(shù)來(lái)將多條指令重疊執(zhí)行拄显，如果不存在數(shù)據(jù)依賴，處理器可以改變語(yǔ)句對(duì)應(yīng)機(jī)器指令的執(zhí)行順序案站；
? ? ? ?3）內(nèi)存系統(tǒng)重排序躬审，由于處理器使用緩存和讀/寫緩沖區(qū)，使得加載和存儲(chǔ)操作看上去是亂序執(zhí)行的嚼吞；
? ? ? ?上述1)屬于編譯器重排序盒件，2）3）屬于處理器重排序，可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存可見(jiàn)性問(wèn)題舱禽。對(duì)于1）JMM的編譯器重排序規(guī)則會(huì)禁止特定類型的重排序炒刁，
? ? ? ?對(duì)于2)和3)，JMM的處理器重排序規(guī)則會(huì)要求JAVA編譯器在生成指令序列時(shí)誊稚，插入特定類型的內(nèi)存屏障指令翔始，通過(guò)內(nèi)存屏障指令來(lái)禁止特定類型的重排序；
? ? ? ?數(shù)據(jù)依賴性：如果兩個(gè)操作訪問(wèn)同一個(gè)變量里伯，且這兩個(gè)操作有一個(gè)為寫操作城瞎，此時(shí)這2個(gè)操作之間存在數(shù)據(jù)依賴性，在重排序時(shí)疾瓮，不會(huì)改變存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的2個(gè)操作的執(zhí)行順序脖镀；

8.順序一致性模型&JAVA內(nèi)存模型

順序一致特性：一個(gè)線程中的所有操作必須按照程序的順序來(lái)執(zhí)行；(不管程序是否同步)所有線程都只能看到一個(gè)單一的操作執(zhí)行順序狼电。
未同步程序的執(zhí)行特性：JMM只提供最小安全性蜒灰，線程執(zhí)行時(shí)讀取的值要么是之前某個(gè)線程寫入的值，要么是默認(rèn)值(0,NULL,FALSE)肩碟。為了實(shí)現(xiàn)最小安全性强窖，JVM在堆上分配對(duì)象時(shí)，首先會(huì)對(duì)內(nèi)存空間清零削祈，然后才會(huì)在上面分配對(duì)象翅溺，在已清理的內(nèi)存空間分配對(duì)象時(shí)脑漫，域的默認(rèn)初始化已經(jīng)完成。
未同步程序在兩個(gè)模型中的差異：
1）順序一致性模型保證單線程內(nèi)的操作會(huì)按程序順序執(zhí)行咙崎，而JMM不保證(臨界區(qū)代碼重排序)优幸；
2）順序一致性模型保證所有線程只能看到一致的操作執(zhí)行順序，而JMM不保證(臨界區(qū)代碼重排序)褪猛；
3）JMM不保證對(duì)64位的Long和Double變量的寫操作是原子的劈伴，而順序一致性模型保證對(duì)所有的內(nèi)存讀寫操作都具有原子性；

9.final域

final域的重排序規(guī)則
　a)在構(gòu)造函數(shù)內(nèi)對(duì)一個(gè)final域的寫入握爷，與隨后把這個(gè)被構(gòu)造對(duì)象的引用賦值給一個(gè)引用變量，這兩個(gè)操作之間不能重排序（保證在對(duì)象引用為任意線程可見(jiàn)之前严里，對(duì)象的final域已經(jīng)被正確的初始化新啼，保證在構(gòu)造函數(shù)內(nèi)部，不能讓這個(gè)被構(gòu)造對(duì)象的引用為其他線程所見(jiàn)）刹碾，在final寫之后燥撞，構(gòu)造函數(shù)返回之前插入StoreStore內(nèi)存屏障；
　b)初次讀一個(gè)包含final域的對(duì)象的引用迷帜，與隨后初次讀該對(duì)象的final域物舒，這兩個(gè)操作之間不能重排序（保證在讀一個(gè)對(duì)象的引用之前，一定會(huì)先讀包含這個(gè)final域的對(duì)象的引用）戏锹，在final讀之前插入LoadLoad內(nèi)存屏障冠胯；

? ? ? ?X86處理器不會(huì)對(duì)寫-寫和間接依賴關(guān)系的操作進(jìn)行重排序，所以在X86處理器中final域的讀/寫不會(huì)插入任何內(nèi)存屏障锦针。
? ? ? ?JSR-133中荠察，只要對(duì)象正確構(gòu)造(對(duì)象引用不會(huì)由構(gòu)造器溢出)，那么不需要同步就可以保證任意線程都能看到final域在構(gòu)造函數(shù)中被初始化之后的值奈搜。

10.雙重檢查鎖定與延遲初始化

延遲初始化：推遲高開(kāi)銷的對(duì)象初始化操作悉盆，在使用對(duì)象時(shí)才進(jìn)行初始化。
雙重檢查鎖定：直接對(duì)getInstance()加鎖存在具體的開(kāi)銷馋吗。

if(instance == null){//1  
　　synchronized(Main.class){//2  
　　　　if(instance == null){//3  
　　　　　　instance = new Main()//4    
　　　　}  
　　}  
}  

存在的問(wèn)題
? ? ? ?第4行焕盟，代碼讀到instance不為null時(shí)，對(duì)象可能還沒(méi)有完成初始化宏粤；創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象可以分為三步：a.分配對(duì)象內(nèi)存空間脚翘，b.初始化對(duì)象，c.將對(duì)象引用指向剛分配的內(nèi)存地址商架，由于在單線程中b堰怨，c重排序不會(huì)改變執(zhí)行結(jié)果，但在多線程并發(fā)情況下蛇摸，b备图，c的重排序可能導(dǎo)致線程在創(chuàng)建對(duì)象時(shí)先執(zhí)行c而導(dǎo)致其他線程判斷instance不為空，但此時(shí)對(duì)象初始化并未完成。

解決方案：
1） 將引用對(duì)象instance聲明為volatile揽涮，實(shí)際為禁止b抠藕，c的重排序；
2） 基于類初始化

在發(fā)生下列任意一種情況時(shí)蒋困，一個(gè)類/接口類型T將被立即初始化：

• T是一個(gè)類盾似，而且一個(gè)T類型的實(shí)例被創(chuàng)建(new)

• T是一個(gè)類，且T中聲明的靜態(tài)方法被調(diào)用

• T中聲明的一個(gè)靜態(tài)字段被賦值

• T中聲明的一個(gè)靜態(tài)字段被調(diào)用雪标，且該字段不是一個(gè)常量字段

• T是一個(gè)頂級(jí)類零院，且一個(gè)斷言語(yǔ)句嵌套在T內(nèi)部被執(zhí)行

JVM在類初始化期間會(huì)獲取與該類對(duì)應(yīng)的初始化鎖，并且每個(gè)線程至少獲取一次鎖來(lái)確保該類已被初始化村刨。
類初始化過(guò)程中的同步處理：
　　第一階段：通過(guò)在Class對(duì)象上同步(獲取Class對(duì)象初始化鎖)告抄，來(lái)控制類或接口的初始化。獲取鎖線程會(huì)一直阻塞直到獲取到該初始化鎖嵌牺。

第二階段：線程A執(zhí)行類的初始化打洼，同時(shí)線程B在初始化鎖對(duì)應(yīng)的condition上等待；

第三階段：線程A設(shè)置state=initialized逆粹，喚醒在condition中等待的所有線程募疮；

第四階段：線程B結(jié)束類的初始化處理；

第五階段：線程C執(zhí)行類的初始化的處理僻弹，過(guò)程同上表(不會(huì)在condition中等待阿浓，只經(jīng)歷一次鎖的獲取和釋放)；

11.線程

線程是操作系統(tǒng)調(diào)度的最小單位蹋绽；
1.為什么要使用多線程搔扁？

• 更多的處理器核心，由于一個(gè)線程在同一時(shí)刻只能運(yùn)行在一個(gè)處理器核心上蟋字，隨著處理器上的核心數(shù)量越來(lái)越多稿蹲，使用多線程能夠同時(shí)使用多個(gè)處理器核心，顯著減少程序處理時(shí)間鹊奖。
• 更快的響應(yīng)時(shí)間苛聘，使用多線程技術(shù)將數(shù)據(jù)一致性不強(qiáng)的操作派發(fā)給其他線程處理，最大化利用CPU時(shí)間片忠聚。
• 更好的編程模型

2.線程的狀態(tài)

3.Daemon線程(守護(hù)線程)
? ? ? ?當(dāng)一個(gè)JAVA虛擬機(jī)中不存在非Daemon線程的時(shí)候设哗，虛擬機(jī)將會(huì)退出；通過(guò)Thread.setDaemon(true)進(jìn)行設(shè)置两蟀；Daemon屬性需要在啟動(dòng)線程之前設(shè)置网梢，不能在啟動(dòng)線程之后設(shè)置。當(dāng)所有非Daemon線程結(jié)束赂毯，虛擬機(jī)中的所有Daemon線程需要立即終止战虏，并不執(zhí)行finally塊拣宰。

4.構(gòu)造線程(Thread.init(…)方法)
? ? ? ?線程對(duì)象在構(gòu)造時(shí)需要提供線程所需要的屬性，如線程所屬的線程組烦感、線程優(yōu)先級(jí)巡社、是否時(shí)Daemon線程等；一個(gè)新構(gòu)造的線程對(duì)象是由其parent線程(創(chuàng)建新線程的線程)來(lái)進(jìn)行空間分配的手趣，child線程繼承了parent是否為Daemon晌该、優(yōu)先級(jí)和加載資源的contextClassLoader以及可繼承的ThreadLocal，同時(shí)還會(huì)分配一個(gè)唯一ID來(lái)標(biāo)識(shí)此child線程绿渣。

5.線程中斷

• isInterrupted()判斷是否被中斷朝群，不會(huì)影響中斷標(biāo)志；如果線程處于終止?fàn)顟B(tài)中符，即使線程已經(jīng)被中斷過(guò)潜圃，依舊返回false；
• interrupted()判斷是否被中斷舟茶，并復(fù)位中斷標(biāo)志；
• interrupt()對(duì)線程進(jìn)行中斷堵第；

? ? ? ?在拋出InterruptedException之前吧凉，虛擬機(jī)會(huì)先將該線程的中斷標(biāo)志復(fù)位；
? ? ? ?安全地終止線程：通過(guò)在run()的循環(huán)中加入對(duì)線程中斷標(biāo)志的判斷或者單獨(dú)設(shè)置一個(gè)標(biāo)志踏志，通過(guò)對(duì)該標(biāo)志的置位來(lái)退出循環(huán)阀捅，進(jìn)而退出此線程；

6.過(guò)期的suspend()针余、resume()和stop()饲鄙。suspend()暫停此線程，不釋放占有的資源(比如鎖)圆雁；resume()恢復(fù)此線程忍级；stop()停止此線程，不保證線程資源被正常釋放伪朽；

7.等待/通知機(jī)制(wait/notify)

• notify()通知一個(gè)在對(duì)象上等待的線程轴咱，使其從wait()方法返回，返回前提是該線程獲得了對(duì)象的鎖
• notifyAll()通知所有等待在該對(duì)象上的線程
• wait()調(diào)用該方法的線程進(jìn)入WAITING狀態(tài)烈涮，釋放對(duì)象鎖朴肺，只有等待其他線程的通知或被中斷才返回
• wait(long)超時(shí)等待一段時(shí)間，單位是毫秒坚洽，如果時(shí)間到?jīng)]有通知?jiǎng)t返回
• wait(long,int)對(duì)于超時(shí)時(shí)間的細(xì)粒度控制戈稿，可以達(dá)到納秒

注意：
　　a 使用wait()、notify()讶舰、notifyAll()時(shí)需要先對(duì)調(diào)用對(duì)象加鎖鞍盗；
　　b 調(diào)用wait()方法后需了，線程狀態(tài)由RUNNING變?yōu)閃ATING，并將線程放入對(duì)象的等待隊(duì)列橡疼；
　　c A線程調(diào)用notify()和notifyAll()后援所，等待線程B不會(huì)立即從wait()返回，需要A線程釋放鎖欣除，等待線程B才有機(jī)會(huì)從wait()返回住拭；
　　d notify()方法將等待隊(duì)列的一個(gè)等待線程從等待隊(duì)列中移到同步隊(duì)列，而notifyAll()則時(shí)將等待隊(duì)列中的所有線程全部移到同步隊(duì)列历帚，被移動(dòng)線程由WATING狀態(tài)變?yōu)锽LOCKED狀態(tài)滔岳；
　　e 從wait()方法返回的前提時(shí)獲得了調(diào)用對(duì)象的鎖；

12.LOCK與synchronized

LOCK接口提供的synchronized關(guān)鍵字不具備的主要特性
　1.嘗試非阻塞地獲取鎖挽牢，當(dāng)前線程獲取鎖時(shí)谱煤，如果此刻鎖沒(méi)有被其他線程獲取，則成功獲取該鎖禽拔；
　2.能中斷地獲取鎖刘离，與synchronized不同，獲取鎖的線程能夠響應(yīng)中斷睹栖，當(dāng)獲取到鎖的線程被中斷時(shí)硫惕，會(huì)拋出中斷異常，同時(shí)釋放鎖野来；
　3.超時(shí)獲取鎖恼除，在指定的截至?xí)r間之前獲取鎖，如果截至?xí)r間到仍無(wú)法獲取鎖曼氛，則返回豁辉；

13.隊(duì)列同步器(AbstractQueuedSynchronizer)

用于構(gòu)建鎖或其他同步組件的基礎(chǔ)框架，使用一個(gè)int變量表示成員狀態(tài)舀患，通過(guò)內(nèi)置的FIFO隊(duì)列來(lái)完成資源獲取線程的排隊(duì)工作徽级。

1.同步隊(duì)列
? ? ? ?當(dāng)前線程獲取同步狀態(tài)失敗時(shí)，同步器會(huì)將當(dāng)前線程及其等待狀態(tài)等信息構(gòu)成一個(gè)NODE并將其加入同步隊(duì)列(雙向鏈表)聊浅，同時(shí)會(huì)阻塞當(dāng)前線程灰追，當(dāng)同步狀態(tài)釋放時(shí)，會(huì)把首節(jié)點(diǎn)的線程喚醒狗超，使其再次嘗試獲取同步狀態(tài)弹澎。

2.獨(dú)占式同步狀態(tài)獲取與釋放
? ? ? ?調(diào)用同步器的acquire(int arg)方法獲取同步狀態(tài)：通過(guò)調(diào)用自定義的tryacquire()來(lái)線程安全地獲取同步狀態(tài)，如果失敗努咐，則構(gòu)造同步節(jié)點(diǎn)并通過(guò)addWaiter(Node node)方法將該節(jié)點(diǎn)加入到同步隊(duì)列的尾部苦蒿，最后調(diào)用acquireQueue()，使得該節(jié)點(diǎn)以“死循環(huán)“的方式獲取同步狀態(tài)渗稍，如果獲取不到則阻塞節(jié)點(diǎn)中的線程佩迟，被阻塞線程的喚醒主要依靠前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的出隊(duì)或阻塞線程被中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)团滥，只有前驅(qū)節(jié)點(diǎn)是頭節(jié)點(diǎn)才能嘗試獲取同步狀態(tài)，這是為什么报强？
　a.頭節(jié)點(diǎn)是成功獲取到同步狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)灸姊，而頭節(jié)點(diǎn)的線程釋放了同步狀態(tài)之后，將會(huì)喚醒其后繼節(jié)點(diǎn)秉溉，后繼節(jié)點(diǎn)的線程被喚醒后需要檢查自己的前驅(qū)是否是頭節(jié)點(diǎn)力惯；
　b.維護(hù)同步隊(duì)列的FIFO原則；

? ? ? ?在釋放同步狀態(tài)時(shí)召嘶，同步器調(diào)用tryRelease()方法釋放同步狀態(tài)父晶，并喚醒頭節(jié)點(diǎn)的后繼節(jié)點(diǎn)；

3.共享式同步狀態(tài)獲取與釋放
? ? ? ?通過(guò)調(diào)用tryAcquireShared()方法嘗試獲得同步狀態(tài)弄跌，返回值大于等于0甲喝，表示能夠獲取到同步狀態(tài)，若失敗則進(jìn)入自旋過(guò)程doAcquireShared()铛只，當(dāng)前驅(qū)是否為頭節(jié)點(diǎn)時(shí)嘗試獲取同步狀態(tài)埠胖，如果返回值大于等于0，則成功并從自旋過(guò)程中退出淳玩。
? ? ? ?釋放過(guò)程與獨(dú)占式的區(qū)別主要在于tryReleaseShared()方法必須通過(guò)循環(huán)和CAS確保同步狀態(tài)線程安全釋放
4.獨(dú)占式超時(shí)獲取同步狀態(tài)
? ? ? ?通過(guò)自旋直撤，當(dāng)前驅(qū)節(jié)點(diǎn)為頭節(jié)點(diǎn)時(shí)嘗試獲取同步狀態(tài)，失敗則判斷是否超時(shí)凯肋，沒(méi)有則重新設(shè)置超時(shí)時(shí)間，然后讓當(dāng)前線程等待汽馋，超時(shí)則直接返回侮东；
? ? ? ?當(dāng)nanosTimeout小于等于spinForTimeoutThreshold(1000納秒)，則不會(huì)使該線程進(jìn)行超時(shí)等待豹芯，而是進(jìn)入快速自旋過(guò)程悄雅；

14.重入鎖

? ? ? ?表示該鎖能夠支持一個(gè)線程對(duì)資源的重復(fù)加鎖，該鎖還支持獲取鎖時(shí)的公平和非公平性選擇铁蹈，如果在絕對(duì)時(shí)間上宽闲，先對(duì)鎖進(jìn)行獲取的請(qǐng)求一定先被滿足，則這個(gè)鎖是公平的握牧，反之容诬，是不公平的。
? ? ? ?ReentrantLock通過(guò)判斷當(dāng)前線程是否為獲取鎖的線程來(lái)決定操作是否成功沿腰，成功獲取鎖的線程再次獲取鎖只是增加了同步狀態(tài)值览徒，在釋放同步狀態(tài)時(shí)減少相應(yīng)的值。

15.公平鎖與非公平鎖

? ? ? ?公平性與否時(shí)針對(duì)獲取鎖而言颂龙，如果一個(gè)鎖是公平的习蓬，那么鎖的獲取順序應(yīng)該符合請(qǐng)求的絕對(duì)順序纽什，也就是FIFO。
? ? ? ?非公平鎖躲叼，只要CAS設(shè)置同步狀態(tài)成功芦缰，則表示當(dāng)前線程獲取了鎖，剛釋放鎖的線程重新獲得同步狀態(tài)的幾率非常大枫慷。雖然可能造成線程“饑餓”让蕾，但極少的線程切換，保證了更大的吞吐量
? ? ? ?公平鎖流礁，在非公平鎖的基礎(chǔ)上涕俗，加入了對(duì)前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的判斷，只有等前驅(qū)節(jié)點(diǎn)獲取并釋放了鎖之后才能獲取鎖神帅。保證了鎖的獲取按照FIFO原則再姑，代價(jià)是大量的線程切換。

16.讀寫鎖(ReentrantReadWriteLock)

? ? ? ?讀寫鎖在同一時(shí)刻允許多個(gè)讀線程訪問(wèn)找御，但在寫線程訪問(wèn)時(shí)元镀，所有其他線程都被阻塞；ReentrantReadWriteLock通過(guò)一個(gè)整形變量的高16位維護(hù)讀狀態(tài)霎桅，低16位維護(hù)寫狀態(tài)栖疑。
1.寫鎖的獲取與釋放
? ? ? ?獲取寫鎖時(shí)，在重入條件之上增加了對(duì)讀鎖是否存在的判斷滔驶；釋放寫鎖時(shí)遇革，每次釋放減少寫狀態(tài)(低16位)，當(dāng)寫狀態(tài)為0表示寫鎖已經(jīng)被成功釋放揭糕，并置獲取鎖線程為null萝快。
2.讀鎖的獲取與釋放
? ? ? ?獲取讀鎖時(shí)，如果其他線程已經(jīng)獲取寫鎖著角，則當(dāng)前線程獲取讀鎖失敗揪漩，進(jìn)入等待狀態(tài)；如果當(dāng)前線程獲取了寫鎖或者寫鎖未被獲取吏口，則當(dāng)前線程成功獲取讀鎖奄容；先快速獲取，如果失敗則“死循環(huán)”獲取讀鎖产徊。
? ? ? ?釋放讀鎖時(shí)昂勒，讀狀態(tài)減少1<<16；
3.鎖降級(jí)
? ? ? ?鎖降級(jí)指寫鎖降級(jí)成為讀鎖舟铜，擁有寫鎖叁怪，再獲取讀鎖，隨后釋放當(dāng)前擁有的寫鎖深滚。中間獲取讀鎖是為了保證數(shù)據(jù)的可見(jiàn)性奕谭，如果當(dāng)前線程A不獲取讀鎖直接釋放寫鎖涣觉，假設(shè)此刻有另一個(gè)線程B獲取了寫鎖并修改了數(shù)據(jù)，那么當(dāng)前線程A無(wú)法感知線程B對(duì)數(shù)據(jù)的更新血柳。同理不支持鎖升級(jí)官册。
17.Condition
? ? ? ?每個(gè)Condition對(duì)象都包含著一個(gè)隊(duì)列(等待隊(duì)列)，用于實(shí)現(xiàn)等待/通知功能难捌。
1.等待隊(duì)列
? ? ? ?等待隊(duì)列是一個(gè)FIFO隊(duì)列膝宁，隊(duì)列中每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含一個(gè)線程引用，該線程就是在Condition上等待的線程根吁，如果一個(gè)線程調(diào)用了Condition.await()方法员淫，該線程會(huì)釋放鎖、構(gòu)造成節(jié)點(diǎn)并加入等待隊(duì)列進(jìn)入等待狀態(tài)击敌。
? ? ? ?在Object的監(jiān)視器模型上介返，一個(gè)對(duì)象包含一個(gè)同步隊(duì)列和等待隊(duì)列；而并發(fā)包中的Lock擁有一個(gè)同步隊(duì)列和多個(gè)等待隊(duì)列沃斤。
2.等待
? ? ? ?調(diào)用Condition的await()方法圣蝎，使當(dāng)前線程進(jìn)入等待隊(duì)列并釋放鎖，同時(shí)線程狀態(tài)變?yōu)榈却隣顟B(tài)衡瓶。相當(dāng)于同步隊(duì)列的首節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到了等待隊(duì)列的尾節(jié)點(diǎn)徘公。
3.通知
? ? ? ?調(diào)用Condition的signal()方法，若當(dāng)前線程獲取了鎖哮针，將會(huì)喚醒在等待隊(duì)列中等待時(shí)間最長(zhǎng)的節(jié)點(diǎn)(首節(jié)點(diǎn))关面，在喚醒節(jié)點(diǎn)前會(huì)將節(jié)點(diǎn)移到同步隊(duì)列(隊(duì)尾)，最后通過(guò)LockSupport喚醒節(jié)點(diǎn)中的線程

18.ConcurrentHashMap

? ? ? ?不支持key或value為null十厢；hash值通過(guò)key的hash值與其無(wú)符號(hào)右移16位的值異或并除去符號(hào)位得到等太。
1.為什么要使用ConcurrentHashMap
? ? ? ?在多線程環(huán)境下袒哥，使用HashMap進(jìn)行put操作可能會(huì)引起死循環(huán)，因?yàn)槎嗑€程會(huì)導(dǎo)致HashMap的Entry鏈表形成環(huán)形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)扑毡；
? ? ? ?Hashtable使用synchronized來(lái)保證線程安全国夜，效率低下。
2.ConcurrentHashMap如何實(shí)現(xiàn)線程安全性
? ? ? ?在JDK1.7中芒篷，ConcurrentHashMap容器通過(guò)多把鎖，每一把鎖用于鎖容器的其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)，即分段加鎖徘六，當(dāng)多線程訪問(wèn)容器的不同數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)時(shí)，線程間就不會(huì)存在鎖的競(jìng)爭(zhēng)榴都，從而有效提高了并發(fā)訪問(wèn)效率待锈。
? ? ? ?在JDK1.8中，若桶為空則直接通過(guò)CAS操作添加節(jié)點(diǎn)嘴高，否則synchronized鎖住鏈表的頭節(jié)點(diǎn)或者樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)后進(jìn)行添加竿音。

19.并發(fā)工具類

1.CountDownLatch
? ? ? ?運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)線程等待其他線程完成操作接受一個(gè)int類型參數(shù)N(N>=0)作為計(jì)數(shù)器和屎，每次調(diào)用countDown方法時(shí)N就會(huì)減1，調(diào)用await方法會(huì)阻塞當(dāng)前線程春瞬，直到N變?yōu)?柴信。
? ? ? ?線程A調(diào)用countDown方法happen-before線程B調(diào)用await方法
2.同步屏障CyclicBarrier
? ? ? ?可循環(huán)使用的屏障，讓一組線程到達(dá)一個(gè)屏障(同步點(diǎn))時(shí)被阻塞宽气，直到最后一個(gè)線程到達(dá)屏障随常，可以用于多線程計(jì)算數(shù)據(jù)。
? ? ? ?默認(rèn)構(gòu)造方法是CyclicBarrier(int parties)萄涯，參數(shù)表明屏障攔截的線程數(shù)量绪氛，每個(gè)線程調(diào)用await方法告訴CyclicBarrier我已經(jīng)達(dá)到屏障，然后當(dāng)前線程被阻塞
3.CyclicBarrier和CountDownLatch的區(qū)別

• CountDownLatch的計(jì)數(shù)器只能使用一次涝影，CyclicBarrier可以使用reset()方法重置枣察；
• CyclicBarrier提供方法來(lái)判斷阻塞線程是否被中斷(isBroken)，獲取阻塞線程數(shù)量(getNumberWaiting)

4.信號(hào)量Semaphore
? ? ? ?用來(lái)控制同時(shí)訪問(wèn)特定資源的線程數(shù)量袄琳，通過(guò)協(xié)調(diào)各個(gè)線程询件，保證合理的使用公共資源∷舴可以用做流量控制宛琅，比如數(shù)據(jù)庫(kù)連接。
5.Exchanger
? ? ? ?交換者Exchanger用于線程間數(shù)據(jù)交換逗旁，提供一個(gè)同步點(diǎn)交換彼此數(shù)據(jù)嘿辟。可以用于遺傳算法片效、校對(duì)工作红伦。
? ? ? ?A線程通過(guò)執(zhí)行exchange()方法，并等待B線程也執(zhí)行exchange淀衣，兩個(gè)線程都到達(dá)同步點(diǎn)昙读，可以交換數(shù)據(jù)∨蚯牛可以設(shè)置超時(shí)等待蛮浑。

20.線程池

好處：

• a.降低資源開(kāi)銷：重復(fù)利用已創(chuàng)建的線程降低創(chuàng)建和銷毀造成的開(kāi)銷；
• b.提高響應(yīng)速度：任務(wù)到達(dá)時(shí)只嚣，不需要等待線程創(chuàng)建就能立即執(zhí)行沮稚；
• c.提高線程的可管理性：可以進(jìn)行統(tǒng)一分配、調(diào)度和監(jiān)控册舞；

線程池的處理流程：

• 線程池判斷核心線程池里的線程是否都在執(zhí)行任務(wù)蕴掏，如果是則進(jìn)入下一步；
• 線程池判斷工作隊(duì)列是否已經(jīng)滿，沒(méi)滿則將任務(wù)存入工作隊(duì)列盛杰，否則進(jìn)入一下步挽荡；
• 線程池判斷線程池的線程是否都處于工作狀態(tài)，沒(méi)有則創(chuàng)建一個(gè)工作線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)即供，否則執(zhí)行飽和策略徐伐；

ThreadPoolExecutor執(zhí)行executor方法分下面四種情況：

• 當(dāng)前運(yùn)行線程數(shù)少于corePoolSize，則創(chuàng)建新線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)(需全局鎖)募狂；
• 當(dāng)前運(yùn)行線程數(shù)大于等于corePoolSize办素，則將任務(wù)加入BlockingQueue；
• 如果任務(wù)無(wú)法加入BlockingQueue(隊(duì)列已滿)祸穷，則創(chuàng)建新的線程來(lái)處理任務(wù)(需全局鎖)性穿；
• 如果創(chuàng)建新線程使當(dāng)前運(yùn)行線程超出maximumPoolSize，則任務(wù)被拒絕雷滚；

線程池的使用：
1）線程池的創(chuàng)建

new ThreadPoolExecutor (corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, milliseconds, runnableTaskQueue, handler)  

主要參數(shù)：

• CorePoolSize(線程池的基本大小)：提交任務(wù)到線程池時(shí)需曾，線程池會(huì)創(chuàng)建一個(gè)線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)，即使其他空閑的基本線程能夠執(zhí)行新任務(wù)也會(huì)創(chuàng)建線程祈远，直到需要執(zhí)行的任務(wù)數(shù)大于線程池基本大小就不再創(chuàng)建呆万，可以通過(guò)調(diào)用prestartAllCoreThreads方法提前創(chuàng)建并啟動(dòng)所有基本線程；

• RunnableTaskQueue（任務(wù)隊(duì)列）：用于保存等待執(zhí)行任務(wù)的阻塞隊(duì)列车份，可以選擇ArrayBlockingQueueLinkedBlockedQueue,SynchronousQueue, PriorityBlockingQueue;

• MaximumPoolSize(線程池最大數(shù)量)：線程池運(yùn)行創(chuàng)建的最大數(shù)量谋减。若隊(duì)列滿且已創(chuàng)建線程數(shù)小于最大線程數(shù)，線程池會(huì)再創(chuàng)建新的線程執(zhí)行任務(wù)扫沼；

• ThreadFactory：用于設(shè)置線程工廠出爹，通過(guò)線程工廠給每個(gè)創(chuàng)建出來(lái)的線程設(shè)置有意義的名字；

• RejectedExecutionHandler(飽和策略)：當(dāng)線程池和任務(wù)隊(duì)列都滿了缎除，線程池處于飽和狀態(tài)严就，必須采取一種策略處理提交的新任務(wù)。
  　　　　JDK1.5提供了四種策略：
  　　　　　　- AbortPolicy：直接拋出異常器罐；
  　　　　　　- CallerRunsPolicy：只用調(diào)用者所在線程來(lái)運(yùn)行任務(wù)梢为；
  　　　　　　- DisCardOldestPolicy：丟棄隊(duì)列里最近的一個(gè)任務(wù)，并執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)轰坊；
  　　　　　　- DiscardPolicy：直接丟棄铸董，不做處理；

• f.KeppAliveTime(線程活動(dòng)保持時(shí)間)：線程池的工作線程空閑后衰倦，保持存活的時(shí)間袒炉，如果任務(wù)很多旁理，任務(wù)執(zhí)行時(shí)間短樊零，可以調(diào)大來(lái)提供線程存活；

• g.TimeUnit(線程活動(dòng)保持時(shí)間的單位)：DAYS, HOURS, MINUTES等