一草慧、sychronized介紹
????并發(fā)時(shí)桶蛔，多個線程需要操作同一個資源，容易導(dǎo)致錯誤數(shù)據(jù)的產(chǎn)生漫谷，為了解決這個問題仔雷，當(dāng)存在多個線程操作共享數(shù)據(jù)時(shí)，需要保證同一時(shí)刻只有一個線程在操作共享數(shù)據(jù)舔示，其他線程必須等到該線程處理完數(shù)據(jù)后再進(jìn)行碟婆。
? ? java中sychronized關(guān)鍵字可以保證同一時(shí)刻只有一個線程可以執(zhí)行某個方法或者代碼塊，同時(shí)sychronized可保證一個線程的變化被其他線程看到（保證可見性）惕稻。
二竖共、sychronized 應(yīng)用方式
? ? 1、作用于實(shí)例方法俺祠，當(dāng)前實(shí)例加鎖肘迎，進(jìn)入同步代碼塊時(shí)需要獲得當(dāng)前實(shí)例的鎖；
? ? 2锻煌、作用于靜態(tài)方法，當(dāng)前類加鎖姻蚓，進(jìn)去同步代碼前需要獲取當(dāng)前類的鎖宋梧；
? ? 3、作用于代碼塊狰挡，這需要指定加鎖對象捂龄，對所給的指定對象加鎖，進(jìn)入同步代碼塊前要獲得指定對象的鎖加叁；
三倦沧、sychronized底層原理
? ? java虛擬機(jī)中的同步Synchronization基于進(jìn)入和退出管程Monitor對象實(shí)現(xiàn)。在java中它匕，sychronized可以修飾同步方法展融，同步方法不是由monitorenter和moniterexit指令來實(shí)現(xiàn)同步，而是由方法調(diào)用指令讀取運(yùn)行時(shí)常量池中的ACC_SYNCHRONIZED標(biāo)注來隱式調(diào)用的豫柬。
?java對象頭與monitor
? ? 在java中告希，對象在內(nèi)存中的布局分為三塊區(qū)域，對象頭烧给，實(shí)例數(shù)據(jù)和填充數(shù)據(jù)燕偶。
1、對象頭
? ? HotSpot虛擬機(jī)的對象頭包括markword和klass础嫡，數(shù)組長度指么；
? ? markword用于存儲對象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，如哈希碼（HashCode）、GC分代年齡伯诬、鎖狀態(tài)標(biāo)志晚唇、線程持有的鎖、偏向線程ID姑廉、偏向時(shí)間戳等缺亮，這部分?jǐn)?shù)據(jù)的長度在32位和64位的虛擬機(jī)（未開啟壓縮指針）中分別為32bit和64bit，官方稱它為MarkWord桥言。
? ? 對象頭的另外一部分是klass類型指針萌踱，即對象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實(shí)例号阿。
? ? 數(shù)組長度并鸵，如果對象是一個數(shù)組, 那在對象頭中還必須有一塊數(shù)據(jù)用于記錄數(shù)組長度。
2扔涧、實(shí)例數(shù)據(jù)
? ? 實(shí)例數(shù)據(jù)部分是對象真正存儲的有效信息园担，也是在程序代碼中所定義的各種類型的字段內(nèi)容。無論是從父類繼承下來的枯夜，還是在子類中定義的弯汰，都需要記錄起來。
3湖雹、對象填充
? ??對齊填充并不是必然存在的咏闪，也沒有特別的含義，它僅僅起著占位符的作用摔吏。由于HotSpot VM的自動內(nèi)存管理系統(tǒng)要求對象起始地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍鸽嫂，換句話說，就是對象的大小必須是8字節(jié)的整數(shù)倍征讲。而對象頭部分正好是8字節(jié)的倍數(shù)（1倍或者2倍）据某，因此，當(dāng)對象實(shí)例數(shù)據(jù)部分沒有對齊時(shí)诗箍，就需要通過對齊填充來補(bǔ)全癣籽。
????重量級鎖就是sychronized的對象鎖，鎖標(biāo)識為10滤祖，其中指針指向的是monitor對象的起始地址才避。每個對象都存在著一個monitor與之關(guān)聯(lián)，對象與其monitor之間的關(guān)系有存在多重實(shí)現(xiàn)方式氨距，如monitor可以與對象一起創(chuàng)建銷毀或線程試圖獲取對象鎖時(shí)自動生成桑逝，但當(dāng)一個monitor被某個線程持有后，它便處于鎖定狀態(tài)俏让。
? ? 在java虛擬機(jī)中（hotSpot）楞遏，monitor是由ObjectMonitor實(shí)現(xiàn)的茬暇；
? ? ObjectMonitor中有兩個隊(duì)列，_WaitSet和_EntryList寡喝，用來保存ObjectWaiter列表糙俗，每個等待鎖的線程都會封裝成ObjectWaiter對象，_owner指向持有ObjectMonitor對象的線程预鬓，當(dāng)多個線程同時(shí)訪問同一段同步代碼時(shí)巧骚，首先會進(jìn)入_EntryList集合，當(dāng)線程獲取到對象的monitor后進(jìn)入_Owner區(qū)域并把monitor中的_owner變量設(shè)置為當(dāng)前線程格二，同時(shí)monitor的計(jì)數(shù)器_count加1劈彪，若先寫調(diào)用wait()方法，將釋放當(dāng)前持有的monitor,_owner變量恢復(fù)為null顶猜，count自減1沧奴，同時(shí)該線程進(jìn)入_waitSet集合等待被喚醒。若當(dāng)前線程執(zhí)行完畢也將釋放monitor长窄，并復(fù)位變量的值滔吠，以便于其他線程獲取monitor鎖。
? ? monitor對象存在每個java對象的對象頭中（存儲的指針的指向）,synchronized鎖便是用過這種方式獲取鎖的挠日，這也是為什么java的任意對象都可以作為鎖的原因疮绷，同時(shí)也是notify/notifyAll/wait方法存在object方法中的原因。
同步方法的實(shí)現(xiàn)原理
同步代碼塊的實(shí)現(xiàn)原理
? ? 同步代碼塊是使用monitorenter和moniterexist指令實(shí)現(xiàn)的嚣潜，會在同步塊的區(qū)域通過監(jiān)聽器對象去獲取鎖和釋放鎖冬骚。
? ? 同步方法和靜態(tài)同步方法是依賴在方法修飾符ACC_SYNCHRONIZED實(shí)現(xiàn)，當(dāng)方法調(diào)用時(shí)郑原，調(diào)用指令將會檢查方法的ACC_SYNCHRONIZED訪問標(biāo)志是否被設(shè)置，如果設(shè)置了夜涕，執(zhí)行時(shí)將先獲取monitor犯犁，獲取成功夠才能執(zhí)行方法體，方法執(zhí)行完成后再釋放monitor女器，在方法執(zhí)行期間酸役，其他任何線程都無法在獲得同一個monitor對象。
四驾胆、多線程面試
1涣澡、雙重校驗(yàn)鎖的單例模式
? ? volatile修飾singleton很有必要，voliatile防止了指令重排丧诺，singleton =new Singleton();其實(shí)分為了三步：
? ? 1.為singleton分配空間入桂；2.初始化singleton；3.將singleton指向分配的內(nèi)存地址驳阎；
? ? 由于jvm有指令重排的特性抗愁，執(zhí)行順序可能變成1->3->2馁蒂，指令重排在單線程下可能沒有問題，但是在多線程下可能會導(dǎo)致一個線程獲得還沒有初始化的實(shí)例蜘腌。
2沫屡、JDK1.6后的sychronized關(guān)鍵字底層做了哪些優(yōu)化？
? ? 引入了偏向鎖撮珠、輕量級鎖沮脖、自旋鎖、適應(yīng)性自旋鎖芯急、鎖消除勺届、鎖粗化等技術(shù)減少所操作的開銷。
? ? 鎖主要存在四種狀態(tài)志于，無鎖狀態(tài)涮因，偏向鎖狀態(tài)，輕量級鎖狀態(tài)伺绽，重量級鎖狀態(tài)养泡，鎖可以升級不能降級，這種策略是為了提高獲得鎖和釋放鎖的效率奈应。
3澜掩、sychronized和ReenTrantLock的區(qū)別
? ? 兩者都是可重入鎖：自己可以再次獲取自己的內(nèi)部鎖，此時(shí)鎖的計(jì)數(shù)器count加1就行杖挣，多以要等到鎖的計(jì)數(shù)器降為0才能釋放鎖肩榕。
? ? sychronized依賴于jvm底層，ReenTrantLock依賴于API惩妇。
? ? ReenTrantLock比sychronized增加了一些高級功能：等待可中斷株汉，可實(shí)現(xiàn)公平鎖，可實(shí)現(xiàn)選擇性通知：
? ? （1）ReenTrantLock使用lock.lockInterruptibly()來實(shí)現(xiàn)等待可中斷功能歌殃，也就是說正在等待的線程可以選擇放棄等待乔妈；
? ? （2）ReenTrantLock 可以指定公平鎖還是非公平鎖，而sychronized只能是非公平鎖氓皱，公平鎖就是先等待的線程先獲得鎖路召；實(shí)現(xiàn)方式是在ReentrantLock(boolean fair)構(gòu)造方法來制定是否是公平的。
? ? （3）sychronized和wait(),notify(),notifyAll()方法結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)等待通知機(jī)制波材，ReenTrantLock類也可以實(shí)現(xiàn)股淡，需要使用Condition接口和newCondition()方法。Condition具有很好的靈活性廷区，可以在一個Lock對象中可以創(chuàng)建多個Condition實(shí)例（對象監(jiān)視器）,線程對象可以注冊在指定的Condition中唯灵，從而可以選擇性的進(jìn)行線程通知，在調(diào)度線程上更加靈活隙轻。在使用notify()/notifyAll()方法進(jìn)行通知時(shí)早敬，被通知的線程是由JVM選擇的忌傻，用ReenTrantLock類結(jié)合Condition實(shí)例可以實(shí)現(xiàn)選擇性通知。而sychronized關(guān)鍵字就相當(dāng)于整個Lock對象中只有一個Condition搞监，多有的線程都注冊在它一個身上水孩。如果執(zhí)行notifyAll()放的話就會通知所有處于等待狀態(tài)的線程，而Condition的singalAll(）方法只會喚醒注冊在該Condition實(shí)例中的所有等待對象琐驴。
? ? 性能上已經(jīng)不是選擇標(biāo)準(zhǔn)：在高并發(fā)下俘种，ReenTrantLock的效率比sychronized的效率高一些；
3绝淡、volatile關(guān)鍵字
? ? 在現(xiàn)在的java模型下宙刘，線程可以把變量保存在本地內(nèi)存（比如寄存器）中，而不是直接在主內(nèi)存中進(jìn)行讀寫牢酵，這就可能造成一個線程在主內(nèi)存中修改了一個變量的值悬包，而另外一個線程還繼續(xù)使用它在寄存器中的變量的拷貝，造成數(shù)據(jù)不一致馍乙。
? ? 這個問題可以用volatile關(guān)鍵字解決布近，將變量聲明為volatile，這就指示JVM這個變量不穩(wěn)定丝格，每次使用它都去主內(nèi)存讀取撑瞧。
? ? volatile關(guān)鍵字就是保證變量的可見性和防止指令的重排序。
4显蝌、sychronized和volatile的區(qū)別
? ? sychronized關(guān)鍵字可以修飾方法预伺，變量和代碼塊定拟，而volatile只能修飾變量首启；
????volatile是sychronized的輕量級實(shí)現(xiàn)尘分，所以性能比sychronized好咕村；但是JDK1.6后優(yōu)化了鎖，sychronized性能得到了提升懒鉴，在實(shí)際任務(wù)中使用sychronized的時(shí)候更加多一些徘跪。
? ? 多線程訪問volatile變量不會發(fā)生阻塞讳推，而訪問sychronized關(guān)鍵字會方式阻塞艾船。
? ? volatile關(guān)鍵字能保證數(shù)據(jù)的可見性葵腹，但是不能保證數(shù)據(jù)的原子性高每，sychronized保證了可見性和原子性屿岂。
? ? volatile主要保證變量在線程間的可見性，而sychronized主要保證數(shù)據(jù)在多線程間的的同步性鲸匿。
5爷怀、線程池
? ? 線程池提供了一種限制和管理資源，每個線程池還維護(hù)了一些基本統(tǒng)計(jì)信息带欢，比如線程的數(shù)量运授。
? ? 線程池的優(yōu)點(diǎn)：
? ? 降低資源消耗烤惊，通過重復(fù)利用已創(chuàng)建的線程降低線程的創(chuàng)建和銷毀的消耗。
? ? 提高響應(yīng)速度：當(dāng)任務(wù)到達(dá)時(shí)吁朦，不需要等到創(chuàng)建線程就可以立即執(zhí)行柒室。
? ? 提高線程的可管理性，線程是稀缺資源逗宜，如果無限制的創(chuàng)建雄右，不僅會消耗系統(tǒng)資源，還會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性纺讲，使用線程池可以進(jìn)行統(tǒng)一的分配擂仍，調(diào)優(yōu)和監(jiān)控。
6熬甚、實(shí)現(xiàn)Runnable和Callable接口的區(qū)別
? ? 如果想讓線程池執(zhí)行任務(wù)的話需要實(shí)現(xiàn)Runnable或者Callable接口逢渔，兩個接口都可以被ThreadPoolExcutor和ScheduledPoolExcutor執(zhí)行。但是Runnable接口不會返回結(jié)果乡括，而Callable接口可以返回結(jié)果肃廓。
????工具類Executors可以實(shí)現(xiàn)Runnable對象和Callable對象之間的相互轉(zhuǎn)換。（Executors.callable（Runnable task）或Executors.callable（Runnable task粟判，Object resule））亿昏。
7、執(zhí)行execute()方法和submit(）方法的區(qū)別
? ? execute()方法用于提交不需要返回值的任務(wù)档礁，所以午飯判斷任務(wù)是否被線程池執(zhí)行成功與否角钩；
? ? submit(）方法用于提交需要返回值的任務(wù)，線程池會返回一個future類型的對象呻澜，通過這個對象來判斷任務(wù)是否執(zhí)行成功递礼。并且可以通過future的get()方法來獲取返回值，get()方法會阻塞當(dāng)前線程直到任務(wù)完成羹幸，而使用get（long timeout脊髓，TimeUnit unit）方法則會阻塞當(dāng)前線程一段時(shí)間后立即返回，這時(shí)候有可能任務(wù)沒有執(zhí)行完栅受。
8将硝、創(chuàng)建線程池
? ? 一般不建議使用Excutors去創(chuàng)建，而是通過ThreadPoolExcutor的方式屏镊，這樣的處理方式更加明確線程池的運(yùn)行規(guī)則依疼，規(guī)避資源耗盡的風(fēng)險(xiǎn)。
一般通過構(gòu)造方法可以創(chuàng)建
使用Excutors返回線程池對象存在問題：
FixThreadPool和SingleThreadExutor：允許請求的隊(duì)列長度為Integer.MAX_VALUE而芥，可能堆積的請求過多律罢，導(dǎo)致OOM,
CachedThreadPool和ScheduledThreadPool：允許創(chuàng)建的現(xiàn)場數(shù)量為Integer.MAX_VALUE，可能導(dǎo)致大量的線程被創(chuàng)建棍丐，導(dǎo)致OOM误辑。
通過Executor的工具類Excutors實(shí)現(xiàn)：
9沧踏、Atomic原子類
? ? Atomic是指一個操作不可中斷，一旦開始巾钉，就不會被其他線程干擾翘狱。Atomic原子類就是具有原子/原子操作特性的類。
? ? 并發(fā)包java.util.concurrent的原子類都存放在java.util.concurrent.atomic下：
? ? 主要分為四類：
? ? 基本類型：AtomicBoolean砰苍，AtomicInteger盒蟆，AtomicLong
? ? 數(shù)組類型：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray师骗，AtomicReferenceArray
? ? 引用類型：AtomicReference历等，AtomicStampedRerence，AtomicMarkableReference?
? ? 對象屬性修改類型：AtomicIntegerFieldUpdater辟癌，AtomicLongFieldUpdater寒屯，AtomicLongFieldUpdater
? ? AtomicInteger的方法：
? ? AtomicInteger類主要是利用CAS +volatile和native方法來保證原子操作，從而避免sychronized的高開銷黍少，執(zhí)行效率大為提升寡夹。
????CAS的原理是拿期望的值和原本的一個值作比較，如果相同則更新成新的值厂置。UnSafe 類的 objectFieldOffset() 方法是一個本地方法菩掏，這個方法是用來拿到“原來的值”的內(nèi)存地址，返回值是 valueOffset昵济。另外 value 是一個volatile變量智绸，在內(nèi)存中可見，因此 JVM 可以保證任何時(shí)刻任何線程總能拿到該變量的最新值访忿。
10瞧栗、使用CAS實(shí)現(xiàn)單例模式
? ? 這個實(shí)現(xiàn)里面有一個循環(huán)，是基于忙等待的算法海铆，依賴底層硬件的實(shí)現(xiàn)迹恐，相當(dāng)于鎖它沒有線程切換和阻塞額外消耗，可以支持較大的并行度卧斟。
? ? CAS的一個重要缺點(diǎn)是殴边，如果忙等待一直執(zhí)行不成功，會對CPU造成較大的執(zhí)行開銷珍语。如果多個線程同時(shí)執(zhí)行到singleton = new Singleton()的時(shí)候锤岸，會創(chuàng)建大量的Singleton對象，很可能會造成內(nèi)存溢出廊酣，所以不建議使用這種能耻。
11赏枚、AQS
????AQS是一個用來構(gòu)建鎖和同步器的框架亡驰，使用AQS能簡單且高效地構(gòu)造出應(yīng)用廣泛的大量的同步器晓猛，比如我們提到的ReentrantLock，Semaphore凡辱，其他的諸如ReentrantReadWriteLock戒职，SynchronousQueue，F(xiàn)utureTask等等皆是基于AQS的透乾。當(dāng)然洪燥，我們自己也能利用AQS非常輕松容易地構(gòu)造出符合我們自己需求的同步器。
12乳乌、happen-before規(guī)則
? ? 有些指令是可以重排的捧韵，有些指令是不可以重排的。規(guī)則如下：
? ? 程序順序規(guī)則：一個線程內(nèi)保證語義的串行性汉操，比如第二條語句依賴第一條語句執(zhí)行的結(jié)果再来，那么就不能執(zhí)行第二條再執(zhí)行第一條。
? ? volatile原則：volatile防止了指令重排磷瘤，volatile變量的寫先于讀芒篷，這保證了volatile變量的可見性。
? ? 鎖規(guī)則：先解鎖采缚，后續(xù)步驟再加鎖针炉，加鎖不能重排到解鎖之前，這樣加鎖行為無法獲得多扳抽。
? ? 傳遞性：A先于B篡帕，B先于C，則A先于C贸呢。
? ? 線程的start()先于它的每個動作赂苗。
? ? 線程的所有操作先于線程的終結(jié)。
? ? 線程的中斷先于中斷線程的代碼贮尉。
? ? 對象的構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行拌滋、結(jié)束先于finalize(）方法。
13猜谚、ReadWritLock
（1）Java并發(fā)庫中ReetrantReadWriteLock實(shí)現(xiàn)了ReadWriteLock接口并添加了可重入的特性
（2）ReetrantReadWriteLock讀寫鎖的效率明顯高于synchronized關(guān)鍵字
（3）ReetrantReadWriteLock讀寫鎖的實(shí)現(xiàn)中败砂，讀鎖使用共享模式；寫鎖使用獨(dú)占模式魏铅，換句話說昌犹，讀鎖可以在沒有寫鎖的時(shí)候被多個線程同時(shí)持有，寫鎖是獨(dú)占的
（4）ReetrantReadWriteLock讀寫鎖的實(shí)現(xiàn)中览芳，需要注意的斜姥，當(dāng)有讀鎖時(shí)，寫鎖就不能獲得；而當(dāng)有寫鎖時(shí)铸敏，除了獲得寫鎖的這個線程可以獲得讀鎖外缚忧，其他線程不能獲得讀鎖
14、線程池的處理流程
（1）判斷線程池里的核心線程是否都在執(zhí)行任務(wù)杈笔，如果有核心線程空閑或者核心線程還沒有創(chuàng)建闪水，則創(chuàng)建一個新的工作線程來執(zhí)行任務(wù)；如果核心線程都在執(zhí)行任務(wù)蒙具，則進(jìn)入下個流程球榆。
（2）線程判斷工作隊(duì)列是否已滿，如果工作隊(duì)列沒有滿禁筏，則將新提交的任務(wù)存儲在這個工作隊(duì)列里持钉。如果工作隊(duì)列滿了，則進(jìn)入下一個流程篱昔。
（3）判斷線程池里的線程是否都處于工作狀態(tài)右钾，如果沒有，則創(chuàng)建一個新的工作線程來執(zhí)行任務(wù)旱爆，如果滿了舀射，則交給飽和策略來處理這個任務(wù)。
