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
- 继承
Thread类，重写run()方法； - 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； - 实现
Callable接口，实现call()方法，然后通过FutureTask包装器来创建Thread线程； - 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；
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;
}
- 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
- 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）。
- 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。
- 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：
-
Object.wait()：使当前线程处于等待状态直到另一个线程唤醒它；
-
Thread.join()：等待线程执行完毕，底层调用的是Object实例的wait方法；
-
LockSupport.park()：除非获得调用许可，否则禁用当前线程进行线程调度。
- 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。
- TERMINATED
终止状态。此时线程已执行完毕。
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。
