java八股复习指南-多线程篇

多线程

线程的实现

在 Java 中，实现多线程的主要有以下四种

1. 继承 Thread 类，重写 run() 方法；
2. 实现 Runnable 接口，实现 run() 方法，并将 Runnable 实现类的实例作为 Thread 构造函数的参数 target；
3. 实现 Callable 接口，实现 call() 方法，然后通过 FutureTask 包装器来创建 Thread 线程；
4. 通过 ThreadPoolExecutor 创建线程池，并从线程池中获取线程用于执行任务；

不使用Executors创建，而是用ThreadPoolExecutor创建

通过工厂模式，将创建产品实例的权利移交工厂，我们不再通过new来创建我们所需的对象，而是通过工厂来获取我们需要的产品。降低了产品使用者与使用者之间的耦合关系；创建线程池没有显式new，而是通过Executors这个静态方法newCaChedThreadPool来完成的；

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Thread类与Runnable接口比较：

实现一个自定义的线程类，可以有继承Thread类或者实现Runnable接口的方式，由于java单继承、多实现的特性，Runnable接口使用比Thread更加灵活

Callable接口：

通常来说，我们使用Runnable和Thread来创建一个新的线程。但是它们有一个弊端，就是run方法是没有返回值的。而有时候我们希望开启一个线程去执行一个任务，并且这个任务执行完成后有一个返回值。

JDK提供了Callable接口与Future类为我们解决这个问题，这也是所谓的“异步”模型。

线程的六种状态：

// Thread.State 源码
public enum State {NEW,RUNNABLE,BLOCKED,WAITING,TIMED_WAITING,TERMINATED;
}

1. NEW：

• 不能反复调用同一个线程的start()方法
• 处于TERMINATED状态的线程不能再次调用start()方法

2. RUNNABLE：

运行状态。处于RUNNABLE状态的线程在Java虚拟机中运行，也有可能在等待其他系统资源（比如I/O）。

3. BLOCKED：

阻塞状态。处于BLOCKED状态的线程正等待锁的释放以进入同步区。

4. WAITING

等待状态。处于等待状态的线程变成RUNNABLE状态需要其他线程唤醒。

以下方法使进程进入等待状态：

5. TIMED_WAITING

超时等待状态。线程等待一个具体的时间，时间到后会被自动唤醒。

6. TERMINATED

终止状态。此时线程已执行完毕。

转换成TERMINATED状态的三种方法：

• Object.wait()
• Thread.join()
• LockSupport.park()

Java线程间的通信：

锁与同步

在Java中，锁的概念都是基于对象的，所以我们又经常称它为对象锁。线程和锁的关系，我们可以用婚姻关系来理解。一个锁同一时间只能被一个线程持有。也就是说，一个锁如果和一个线程“结婚”（持有），那其他线程如果需要得到这个锁，就得等这个线程和这个锁“离婚”（释放）。

等待/通知机制

Java多线程的等待/通知机制是基于Object类的wait()方法和notify(), notifyAll()方法来实现的。

信号量

使用volitile关键字实现信号量。volitile关键字能够保证内存的可见性，如果用volitile关键字声明了一个变量，在一个线程里面改变了这个变量的值，那其它线程是立马可见更改后的值的。

其他通信相关

join方法

join()方法是Thread类的一个实例方法。它的作用是让当前线程陷入“等待”状态，等join的这个线程执行完成后，再继续执行当前线程。

sleep方法

sleep方法是Thread类的一个静态方法。它的作用是让当前线程睡眠一段时间。

wait方法与sleep方法的区别：

sleep仅仅释放cpu资源，不会释放锁，所以易死锁。而wait方法会释放cpu资源，也会释放当前锁。

原理篇

volatitle

valatitle 保证内存可见性且禁止重排序

synchronized与锁

四种状态：无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁

无锁->偏向锁->轻量级锁->重量级锁

• 偏向锁：

顾名思义，它会偏向于第一个访问锁的线程，如果在接下来的运行过程中，该锁没有被其他的线程访问，则持有偏向锁的线程将永远不需要触发同步。
如果在运行过程中，遇到了其他线程抢占锁，则持有偏向锁的线程会被挂起，JVM会尝试消除它身上的偏向锁，将锁恢复到标准的轻量级锁。

• 轻量级锁：

是指当锁是偏向锁的时候，被另外的线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，从而提高性能。

若当前只有一个等待线程，则该线程通过自旋进行等待。但是当自旋超过一定的次数，或者一个线程在持有锁，一个在自旋，又有第三个来访时，轻量级锁升级为重量级锁。

• 重量级锁：

在轻量级锁状态下,如果有第三个来访时,就会自动升级成重量级锁

锁	优点	缺点	适用场景
偏向锁	加锁和解锁不需要额外的消耗，和执行非同步方法比仅存在纳秒级的差距。	如果线程间存在锁竞争，会带来额外的锁撤销的消耗。	适用于只有一个线程访问同步块场景。
轻量级锁	竞争的线程不会阻塞，提高了程序的响应速度。	如果始终得不到锁竞争的线程使用自旋会消耗CPU。	追求响应时间。同步块执行速度非常快。
重量级锁	线程竞争不使用自旋，不会消耗CPU。	线程阻塞，响应时间缓慢。	追求吞吐量。同步块执行速度较长。

cas与原子操作

乐观锁与悲观锁

悲观锁：

它总是认为每次访问共享资源时会发生冲突，所以必须对每次数据操作加上锁，以保证临界区的程序同一时间只能有一个线程在执行。

乐观锁：

乐观锁总是假设对共享资源的访问没有冲突，线程可以不停地执行，无需加锁也无需等待。而一旦多个线程发生冲突，乐观锁通常是使用一种称为CAS的技术来保证线程执行的安全性。乐观锁天生免疫死锁。

乐观锁多用于“读多写少“的环境，避免频繁加锁影响性能；而悲观锁多用于”写多读少“的环境，避免频繁失败和重试影响性能。

CAS

如果有一个多个线程共享的变量i原本等于5，我现在在线程A中，想把它设置为新的值6;

CAS的全称是：比较并交换（Compare And Swap）。在CAS中，有这样三个值：

• V：要更新的变量(var)，指代变量(i)
• E：预期值(expected)，指旧值(5)
• N：新值(new)，指要设置的值(6)

比较并交换的过程如下：

判断V是否等于E，如果等于，将V的值设置为N；如果不等，说明已经有其它线程更新了V，则当前线程放弃更新，什么都不做。

线程池原理

主要的任务处理流程：

如何做到线程复用

ThreadPoolExecutor在创建线程时，会将线程封装成工作线程worker,并放入工作线程组中，然后这个worker反复从阻塞队列中拿任务去执行。

首先去执行创建这个worker时就有的任务，当执行完这个任务后，worker的生命周期并没有结束，在while循环中，worker会不断地调用getTask方法从阻塞队列中获取任务然后调用task.run()执行任务,从而达到复用线程的目的。只要getTask方法不返回null,此线程就不会退出。