2021多线程与并发
并发知识点
一、synchronized实现原理
Java中每个对象里都存在一个monitor对象（对象监视器），monitor对象被线程持有时，monitor对象中的count就会进行+1，当线程释放monitor对象时，count会进行-1，用count来表示monitor对象是否被持有。
- Synchronize放在普通方法和类方法上，编译过后会在方法上加个ACC_SYNCHRONIZED标识，方法被执行时，JVM会检查方法上是否有ACC_SYNCHRONIZED标识，如果设置了ACC_SYNCHRONIZED，则会获取锁对象的monitor对象，线程执行完后释放锁对象的monitor对象，在此期间其他线程无法获得锁对象的monitor对象。
- Synchronized放在代码块上，编译过后会有monitor enter和monitor exit指令，
(1) Monitor enter 表示获取锁对象的monitor对象，这时monitor对象中的count会+1，如果monitor已经被其他线程获取，则该线程会阻塞住，直到count=0，再重新尝试获取monitor对象
(2) Monitor exit 表示该线程释放monitor对象，这是monitor对象的count会-1，如果count-1后变为0，其他被阻塞的线程可以重新尝试获取锁对象的monitor对象
二、1.6之后synchronized的优化（锁膨胀，锁优化）
锁可以升级但不能降级：无锁->偏向锁->轻量级锁->重量级锁
偏向锁：针对一个线程而言，线程获得锁之后，该线程再次申请锁的时候不会等待直接放行，会在锁对象头中记录锁的偏向线程ID，以后该线程进入和退出同步块时，不需要进行加锁和解锁操作。
轻量级锁：有两个线程来竞争锁时，偏向锁失效，升级为轻量级锁，会在申请锁的时候进行自旋。
重量级锁：轻量级锁自旋10次后，轻量级锁失效，升级为重量级锁，向os请求资源，进入等待队列，等待cpu调用。
自旋锁比较占用CPU，节省时间（线程数少，线程时间短使用）
重量级锁慢，不占用CPU（线程数多，线程时间长使用）
三、volatile
作用：保证线程可见性、防止指令重排序。
单例模式的懒汉式，双重检查需要加volatile，否则指令重排会出错
线程可见性实现原理：
CPU一般不直接与内存通讯，而是先将系统内存的数据读到内部的高速缓存中再进行操作，但操作完之后并不知道CPU何时将缓存中的数据写回内存，但如果对加了volatile的变量进行写操作，JVM会向CPU发一条lock前缀的指令，会将这个变量的缓存行写回系统内存，但其他CPU中的缓存还是旧的，要实现一致，需要实现缓存一致性协议，当一个CPU将数据写回内存后，其他CPU会通过嗅探总线的数据检查自己缓存的数据是否已过期，如果过期，再次使用该数据时就会先从主内存中读取，如MESI协议：为每个缓存标记一个状态，和主存相比自己是否改过、是否为我独享、是否别的CPU也在读、是否别的CPU改过。
防止指令重排序怎么实现的：
加内存屏障
在每个volatile写操作的前面插入一个Store Store屏障，防止写volatile与后面的写操作重排序。
在每个volatile写操作的后面插入一个Store Load屏障，防止写volatile与后面的读操作重排序。
在每个volatile读操作的后面插入一个Load Load屏障，防止读volatile与后面的读操作重排序。
在每个volatile读操作的后面插入一个Load Store屏障，防止读volatile与后面的写操作重排序。
四、CAS操作
包含三个操作数，内存位置、预期原值、新值；如果内存位置的值与预期原值相匹配，那么处理器会自动将该位置的值更新为新值，否则不做任何操作，大多使用自旋实现无锁操作。
会产生ABA问题：如果一个值原理是A，变成B，又变成了A，也会检查不出变化过，如果需要知道变化过，需要每次更新加版本号解决。
CAS效率高，但比较占用CPU
实现是调用的unsafe类中的compare and set方法，可以直接操作内存，相当于C的指针
有atomic long比synchronization块，因为无锁
Long adder比atomic 快，使用的分段锁，1000个线程会把他们分成4份，分别加锁执行，之后结果相加。
五、synchronization与ReentrantLock
- synchronization是JVM层面的锁，通过monitor对象来实现，实现涉及到锁的升级
ReentrantLock是API层面的锁，通过CAS保证操作的原子性，volatile保证可见性
- Synchronization不需要手动释放锁，执行完之后自动释放
ReentrantLock需要手动释放锁，lock与unlock配合try/finally语句块
- Synchronization是非公平锁
RenntrantLock可以通过构造方法传参数进行选择，默认false非公平、true公平
countdownlatch（length）
countdown方法为递减，latch.await（），一直等待，直到countdown到0
cyclicBarrier栅栏
barrier.await（）
等待的线程达到一定数量后，再释放执行，一个复杂操作并发执行，所有都执行完后再执行下一步操作
phaser
流程栅栏
readwritelock
读线程不锁定，写线程锁定
semaphore信号量
限流，构造方法可以传个数量，表示可以同时执行的线程数，
acquare获得锁，release释放锁
exchanger
两个线程互相交换数据，一个线程调用exchange后等待第二个线程调用，都调用后交换数据，继续执行
六、AQS的实现原理
抽象的队列式的同步器，实现是由volatile加双向链表
类中有
volatile修饰的int型的state，同步状态
state是子类使用，实现AQS的想放入什么就放什么
reentrantlock中state是线程重入数量
countdownlatch中是count的数量，减到0执行线程
Note队列，是个双向链表
线程来了之后，先通过CAS竞争锁，如果没有竞争到，将该线程的node节点加入同步队列尾部，判断前驱是否为首节点，是的话CAS尝试获取锁，成功将其设置为首节点，失败进入等待队列等待唤醒，持有锁的线程释放锁的时候会唤醒后继线程。
七、ThreadLocal
相当于在本线程中存放一份变量，线程之间互不影响。
每个线程里都有个map，类型为ThreadLocalMap，
ThreadLocalMap中的key为ThreadLocal的弱引用。当一个线程调用ThreadLocal的set方法设置变量的时候，当前线程的ThreadLocalMap就会存放一个记录，这个记录的key值为ThreadLocal的弱引用，value就是通过set设置的值。
八、四种引用类型
垃圾回收时会调用finalize方法
强
软：当内存不够用的时候会被回收，可以用在缓存，将大数据缓存到内存，内存不够时可以将其释放。soft
弱：只要遇到垃圾回收就会释放，有一个强引用同时指向一个对象，强引用释放就可以gc，用于容器，weakhashmap、threadlocal
虚：get获取不到指向的值，gc直接回收，但是会往队列里塞个通知，如果使用了堆外内存，可以使用虚引用通知去回收堆外内存
九、线程池
threadpoolexecutor父类是ExcutorService
定义线程池的七个参数
1.corepoolsize 核心线程数
2.maximumpoolsize 最大线程数
3.keepalivetime 生存时间 线程长时间不工作了归还给操作系统，剩核心线程数后不归还
4.timeunit 生存时间的单位
5.blockqueue 阻塞队列
6.线程工厂，自定义创建线程的工厂
7. 拒绝策略，核心为2最大为4，阻塞队列为4，来两个任务核心线程执行，第三个放入阻塞队列，阻塞队列满了后，创建新线程执行，达到4个线程，阻塞队列也满了，执行拒绝策略
提供了四种拒绝策略：1、abort抛异常 2、扔掉不抛异常 3、discardoldest扔掉排队最久的 4、callerruns让调用者去处理
自定义拒绝策略，实现 reectedExecutonHandler 记录未处理的任务，放入kafka、进行处理，或者重试
Disruptor分裂、瓦解
一个线程每秒处理600W订单
速度最快的MQ
性能极高、无锁CAS、单机支持高并发
环形数组buff，使用数组实现的，假如长度为8，当添加到弟12个元素时,是在12%8，余数
环形的结构，0-8，8个满了之后重新覆盖0
生产者生产满之后，如果还需要继续生产，则等待消费者去消费，如果消费者消费了直接覆盖下一个位置的数据
