并发基础
进程 ，线程
一个很好的类比：http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/04/processes_and_threads.html
首先要知道cpu多核和多个cpu是不同的：
例如，你需要搬很多砖，你现在有一百只手。当你将这一百只手全安装到一个人身上，这模式就是多核。当你将这一百之手安装到50个人身上工作，这模式就是多CPU。一般我们电脑都是单cpu多核心，都是这样设计的，多cpu一般在服务器工作站这些常见。
单cpu进程的CPU总是运行一个进程，其他进程处于非运行状态，并发状态，不管是几核。多cpu的话，进程可以并行的。
对于多核cpu，进程中的多线程并行执行。对于单核cpu，多线程在单cpu中并发执行，根据时间片切换线程。同一个线程同一时间段只能在一个cpu内核中运行，如果线程数小于cpu内核数，那么将有多余的内核空闲。
总结：
1、单CPU中进程只能是并发，多CPU计算机中进程可以并行。
2、单CPU单核中线程只能并发，单CPU多核中线程可以并行。
3、无论是并发还是并行，使用者来看，看到的是多进程，多线程
所以：CPU 资源是有限的，任务的处理速度与线程个数并不是线性正相关。相反，过多的线程反而会导致 CPU 频繁切换，处理性能下降。过多的线程必然会导致并发执行，cpu只能轮流执行的，各种频繁切换。那到底具体工作的时候设置多少个线程合适呢？？cpu单核设置多线程有没有意义呢？ 可以看下面链接 讲的很好
https://www.cnblogs.com/huane/p/5883897.html
线程的生命周期和状态?
yield:
使当前线程主动放弃对处理器的占用，这可能导致当前线程被暂停。
interrupte()；
interrupte()；然而interrupte()方法并不会立即执行中断操作；具体而言，这个方法只会给线程设置一个为true的中断标志（中断标志只是一个布尔类型的变量），而设置之后，则根据线程当前的状态进行不同的后续操作。如果，线程的当前状态处于非阻塞状态，那么仅仅是线程的中断标志被修改为true而已；如果线程的当前状态处于阻塞状态，那么在将中断标志设置为true后，还会有如下三种情况之一的操作：
- 如果是wait、sleep以及jion三个方法引起的阻塞，那么会将线程的中断标志重新设置为false，并抛出一个InterruptedException；
wait 和join区分
join ，上面的图有个错了，用法为Thread.join(), 意思就是让后面的线程等待，等我这个线程执行完你们再执行。
在线程中调用另一个线程的join()方法，会将当前线程挂起，而不是忙等待，直到目标线程结束。 底层也是用的wati()., join方法也是被synchronized修饰，
也会同样释放锁。
wait, 就是用在sys锁的时候用，让某线程锁住后进行等待，需要等待notify()后才可以继续执行
park unpark
park unpark 与wait、notify很像，但是park unpark是属于每个线程私有的，而wait、notify是属于Object对象的，相同的就是两者调用后都会进入WAIT状态，没去唤醒的话就一直等待下去。park 对象由三部分组成_counter,_cond,-mutex。
底层也是JUC lock包下的, 是 netave方法修饰的，
这就是unpark、park与wait、notyfy很大区别的一种。
主线程先醒过来然后去unpark，然后再去park，发现已经park不上去了。我们之前的如果没有wait就去notify会报java.lang.IllegalMonitorStateException
说说 sleep() 方法和 wait() 方法区别和共同点?
- 两者最主要的区别在于：**
sleep()方法没有释放锁，而wait()方法释放了锁** 。 - 两者都可以暂停线程的执行。
wait()通常被用于线程间交互/通信，sleep()通常被用于暂停执行。wait()方法被调用后，线程不会自动苏醒，需要别的线程调用同一个对象上的notify()或者notifyAll()方法。sleep()方法执行完成后，线程会自动苏醒。或者可以使用wait(long timeout)超时后线程会自动苏醒。- 底层的区分的话，其实不太清楚，sleep应该是底层的东西了 。wait是和sys的monitor的监视器有关系 // todo
-
Thread.sleep(0)的作用是触发操作系统立刻重新进行一次CPU竞争。
为什么我们调用 start() 方法时会执行 run() 方法，为什么我们不能直接调用 run() 方法？
这是另一个非常经典的 java 多线程面试问题，而且在面试中会经常被问到。很简单，但是很多人都会答不上来！
new 一个 Thread，线程进入了新建状态。调用 start()方法，会启动一个线程并使线程进入了就绪状态，当分配到时间片后就可以开始运行了。 start() 会执行线程的相应准备工作，然后自动执行 run() 方法的内容，这是真正的多线程工作。 但是，直接执行 run() 方法，会把 run() 方法当成一个 main 线程下的普通方法去执行，并不会在某个线程中执行它，所以这并不是多线程工作。
总结： 调用 start() 方法方可启动线程并使线程进入就绪状态，直接执行 run() 方法的话不会以多线程的方式执行。
synchronized
具体用法 https://www.cnblogs.com/lukelook/p/9946065.html
synchronized关键字加到static静态方法和synchronized(class)代码块上都是是给 Class 类上锁。synchronized关键字加到实例方法上是给对象实例上锁。- 尽量不要使用
synchronized(String a)因为 JVM 中，字符串常量池具有缓存功能！
构造方法可以使用 synchronized 关键字修饰么？
先说结论：构造方法不能使用 synchronized 关键字修饰。
构造方法本身就属于线程安全的，不存在同步的构造方法一说。
synchronized 同步语句块的实现使用的是 monitorenter 和 monitorexit 指令，其中 monitorenter 指令指向同步代码块的开始位置，monitorexit 指令则指明同步代码块的结束位置，在执行monitorenter时，会尝试获取对象的锁，如果锁的计数器为 0 则表示锁可以被获取，获取后将锁计数器设为 1 也就是加 1。
在执行 monitorexit 指令后，将锁计数器设为 0，表明锁被释放。如果获取对象锁失败，那当前线程就要阻塞等待，直到锁被另外一个线程释放为止。
当执行 monitorenter 指令时，线程试图获取锁也就是获取 对象监视器 monitor 的持有权。
在 Java 虚拟机(HotSpot)中，Monitor 是基于 C++实现的，由ObjectMonitor实现的。每个对象中都内置了一个 ObjectMonitor对象。 所以才能锁住把对象锁住。
对象的的这个锁是放在哪呢？
看下这个
https://www.cnblogs.com/wuqinglong/p/9945618.html
锁主要存在四种状态，1 依次是：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态、重量级锁状态，他们会随着竞争的激烈而逐渐升级。注意锁可以升级不可降级，这种策略是为了提高获得锁和释放锁的效率。
另外，**wait/notify等方法也依赖于monitor对象，这就是为什么只有在同步的块或者方法中才能调用wait/notify等方法，否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常的原因。**
synchronized 修饰的方法并没有 monitorenter 指令和 monitorexit 指令，取得代之的确实是 ACC_SYNCHRONIZED 标识，该标识指明了该方法是一个同步方法。
不过两者的本质都是对对象监视器 monitor 的获取。
谈谈 synchronized 和 ReentrantLock 的区别
. 两者都是可重入锁
“可重入锁” 指的是自己可以再次获取自己的内部锁。比如一个线程获得了某个对象的锁，此时这个对象锁还没有释放，当其再次想要获取这个对象的锁的时候还是可以获取的，如果不可锁重入的话，就会造成死锁。同一个线程每次获取锁，锁的计数器都自增 1，所以要等到锁的计数器下降为 0 时才能释放锁
synchronized 依赖于 JVM 而 ReentrantLock 依赖于 API
synchronized 是依赖于 JVM 实现的，前面我们也讲到了 虚拟机团队在 JDK1.6 为 synchronized 关键字进行了很多优化，但是这些优化都是在虚拟机层面实现的，并没有直接暴露给我们。ReentrantLock 是 JDK 层面实现的（也就是 API 层面，需要 lock() 和 unlock() 方法配合 try/finally 语句块来完成），所以我们可以通过查看它的源代码，来看它是如何实现的。
相比synchronized，ReentrantLock增加了一些高级功能。主要来说主要有三点：
- 等待可中断 :
ReentrantLock提供了一种能够中断等待锁的线程的机制，通过lock.lockInterruptibly()来实现这个机制。也就是说正在等待的线程可以选择放弃等待，改为处理其他事情。 - 可实现公平锁 :
ReentrantLock可以指定是公平锁还是非公平锁。而synchronized只能是非公平锁。所谓的公平锁就是先等待的线程先获得锁。ReentrantLock默认情况是非公平的，可以通过ReentrantLock类的ReentrantLock(boolean fair)构造方法来制定是否是公平的。 - 可实现选择性通知（锁可以绑定多个条件）:
synchronized关键字与wait()和notify()/notifyAll()方法相结合可以实现等待/通知机制。ReentrantLock类当然也可以实现，但是需要借助于Condition接口与newCondition()方法。
volatile
volatile关键字的三个特征是：线程可见、不具备原子性、禁止指令重排
指令重排：
计算机内存操作速度远慢于CPU运行速度，所以就造成CPU空置，为了将提高CPU利用率，虚拟机会按照自己的一些规则会跳过执行慢的代码，去执行快的代码（即对代码重新排序），从而提升jvm的整体性能。
怎么避免：给关键的代码加上volatile关键字，所谓关键，就是会被执行顺序影响结果。
，volatile 的读性能消耗与普通变量几乎相同，但是写操作稍慢，因为它需要在本地代码中插入许多内存屏障指令来保证处理器不发生乱序执行。
内存屏障是什么，如何禁止指令重排：
内存屏障（Memory Barrier）又称内存栅栏，是一个CPU指令，应该和保证可见行那个命令是一样的// todo
它的作用有两个：
保证特定操作的顺序保证某些变量的内存可见性（利用该特性实现volatile的内存可见性）
由于编译器和处理器都能执行指令重排的优化，如果在指令键插入一条Memory Barrier则会告诉编译器和CPU,不管什么指令都不能和这条Memory Barrier指令重排序，也就是说，通过插入内存屏障前后的指令执行重排序优化。内存屏障另外一个作用是刷新出各种CPU的缓存数，因此任何cpu上的线程都能读取到这些数据的最新版本
比如单例模式的懒汉式
public class Singleton {
private volatile static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {
}
public static Singleton getUniqueInstance() {
//先判断对象是否已经实例过，没有实例化过才进入加锁代码
if (uniqueInstance == null) {
//类对象加锁
synchronized (Singleton.class) {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
}
}
return uniqueInstance;
}
}
uniqueInstance 采用 volatile 关键字修饰也是很有必要的， uniqueInstance = new Singleton(); 这段代码其实是分为三步执行：
- 为
uniqueInstance分配内存空间 - 初始化
uniqueInstance - 将
uniqueInstance指向分配的内存地址
但是由于 JVM 具有指令重排的特性，执行顺序有可能变成 1->3->2。指令重排在单线程环境下不会出现问题，但是在多线程环境下会导致一个线程获得还没有初始化的实例。例如，线程 T1 执行了 1 和 3，此时 T2 调用 getUniqueInstance() 后发现 uniqueInstance 不为空，因此返回 uniqueInstance，但此时 uniqueInstance 还未被初始化。
可见性：
为什么要弄一个 CPU 高速缓存呢？
类比我们开发网站后台系统使用的缓存（比如 Redis）是为了解决程序处理速度和访问常规关系型数据库速度不对等的问题。 CPU 缓存则是为了解决 CPU 处理速度和内存处理速度不对等的问题。
我们甚至可以把 内存可以看作外存的高速缓存，程序运行的时候我们把外存的数据复制到内存，由于内存的处理速度远远高于外存，这样提高了处理速度。
总结：CPU Cache 缓存的是内存数据用于解决 CPU 处理速度和内存不匹配的问题，内存缓存的是硬盘数据用于解决硬盘访问速度过慢的问题。
实际上，现代的 CPU Cache 通常分为三层，分别叫 L1,L2,L3 Cache
CPU 为了解决内存缓存不一致性问题可以通过制定缓存一致协议或者其他手段来解决。MESI
什么是缓存一致性协议呢？
每个处理器通过嗅探在总线上传播的数据来检查自己缓存的值是不是过期了，当处理器发现自己缓存行对应的内存地址被修改，就会将当前处理器的缓存行设置成无效状态，当处理器要对这个数据进行修改操作的时候，会强制重新从系统内存里把数据读到处理器缓存里。
然后再说java内存
在 JDK1.2 之前，Java 的内存模型实现总是从主存（即共享内存）读取变量，是不需要进行特别的注意的。而在当前的 Java 内存模型下，线程可以把变量保存本地内存（比如机器的寄存器）中，而不是直接在主存中进行读写。这就可能造成一个线程在主存中修改了一个变量的值，而另外一个线程还继续使用它在寄存器中的变量值的拷贝，造成数据的不一致。 就需要用voliate,
这就指示 JVM，这个变量是共享且不稳定的，每次使用它都到主存中进行读取。
可见性与Java的内存模型有关，模型采用缓存与主存的方式对变量进行操作，也就是说，每个线程都有自己的缓存空间，对变量的操作都是在缓存中进行的，之后再将修改后的值返回到主存中，这就带来了问题，有可能一个线程在将共享变量修改后，还没有来的及将缓存中的变量返回给主存中，另外一个线程就对共享变量进行修改，那么这个线程拿到的值是主存中未被修改的值，这就是可见性的问题。
如果一个变量被volatile所修饰的话，在每次数据变化之后，其值都会被强制刷入主存。
当对volatile变量进行写操作的时候，JVM会向处理器发送一条lock前缀的指令，将这个缓存中的变量回写到系统主存中
而其他处理器的缓存由于遵守了缓存一致性协议，也会把这个变量的值从主存加载到自己的缓存中。这就保证了一个volatile在并发编程中，其值在多个缓存中是可见的。
并发编程的三个重要特性
- 原子性 : 一个的操作或者多次操作，要么所有的操作全部都得到执行并且不会收到任何因素的干扰而中断，要么所有的操作都执行，要么都不执行。
synchronized可以保证代码片段的原子性。 - 可见性 ：当一个变量对共享变量进行了修改，那么另外的线程都是立即可以看到修改后的最新值。
volatile关键字可以保证共享变量的可见性。 - 有序性 ：代码在执行的过程中的先后顺序，Java 在编译器以及运行期间的优化，代码的执行顺序未必就是编写代码时候的顺序。
volatile关键字可以禁止指令进行重排序优化
说说 synchronized 关键字和 volatile 关键字的区别
synchronized 关键字和 volatile 关键字是两个互补的存在，而不是对立的存在！
volatile关键字是线程同步的轻量级实现，所以**volatile性能肯定比synchronized关键字要好。但是volatile关键字只能用于变量而synchronized关键字可以修饰方法以及代码块**。volatile关键字能保证数据的可见性，但不能保证数据的原子性。synchronized关键字两者都能保证。volatile关键字主要用于解决变量在多个线程之间的可见性，而synchronized关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性
ThreadLocal 简介
1 通常情况下，我们创建的变量是可以被任何一个线程访问并修改的。如果想实现每一个线程都有自己的专属本地变量该如何解决呢？ JDK 中提供的ThreadLocal类正是为了解决这样的问题。 ThreadLocal类主要解决的就是让每个线程绑定自己的值，可以将ThreadLocal类形象的比喻成存放数据的盒子，盒子中可以存储每个线程的私有数据。
2 如果你创建了一个ThreadLocal变量，那么访问这个变量的每个线程都会有这个变量的本地副本，这也是ThreadLocal变量名的由来。他们可以使用 get（） 和 set（） 方法来获取默认值或将其值更改为当前线程所存的副本的值，从而避免了线程安全问题
3 private ThreadLocal myThreadLocal = new ThreadLocal();
我们只需要实例化对象一次，并且也不需要知道它是被哪个线程实例化。虽然所有的线程都能访问到这个ThreadLocal实例，但是每个线程却只能访问到自己通过调用ThreadLocal的set()方法设置的值。即使是两个不同的线程在同一个ThreadLocal对象上设置了不同的值，他们仍然无法访问到对方的值。
4 ThreadLocalMap有点类似HashMap的结构，只是HashMap是由数组+链表实现的，而ThreadLocalMap中并没有链表结构。解决hash冲突类似用开放寻址法的方法来弄
我们还要注意Entry， 它的key是ThreadLocal<?> k ，继承自WeakReference， 也就是我们常说的弱引用类型。
5 ThreadLocal 的key是弱引用，那么在ThreadLocal.get()的时候,发生GC之后，key是否是null？
这个问题刚开始看，如果没有过多思考，弱引用，还有垃圾回收，那么肯定会觉得是null。
其实是不对的，因为题目说的是在做 ThreadLocal.get() 操作，证明其实还是有强引用存在的，所以 key 并不为 null
为什么要用线程池？
这里借用《Java 并发编程的艺术》提到的来说一下使用线程池的好处：
- 降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
- 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
- 提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。
实现 Runnable 接口和 Callable 接口的区别
Runnable自 Java 1.0 以来一直存在，但Callable仅在 Java 1.5 中引入,目的就是为了来处理Runnable不支持的用例。**Runnable 接口不会返回结果或抛出检查异常，但是Callable 接口可以。所以，如果任务不需要返回结果或抛出异常推荐使用 **Runnable 接口，这样代码看起来会更加简洁。
执行 execute()方法和 submit()方法的区别是什么呢？
execute()方法用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断任务是否被线程池执行成功与否；submit()方法用于提交需要返回值的任务。线程池会返回一个Future类型的对象，通过这个Future对象可以判断任务是否执行成功，并且可以通过Future的get()方法来获取返回值，get()方法会阻塞当前线程直到任务完成，而使用get（long timeout，TimeUnit unit）方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回，这时候有可能任务没有执行完
介绍一下 Atomic 原子类
Atomic 翻译成中文是原子的意思。在化学上，我们知道原子是构成一般物质的最小单位，在化学反应中是不可分割的。在我们这里 Atomic 是指一个操作是不可中断的。即使是在多个线程一起执行的时候，一个操作一旦开始，就不会被其他线程干扰。
所以，所谓原子类说简单点就是具有原子/原子操作特征的类。
并发包 java.util.concurrent 的原子类都存放在java.util.concurrent.atomic下
其实就是一些变量在多线程情况下会有问题
比如 AtomicInter就是为了让Interger类保证原子性，他里面具体的实现是
主要利用 CAS (compare and swap) + volatile 和 native 方法来保证原子操作，从而避免 synchronized 的高开销，执行效率大为提升。
CAS 的原理是拿期望的值和原本的一个值作比较，如果相同则更新成新的值。UnSafe 类的 objectFieldOffset() 方法是一个本地方法，这个方法是用来拿到“原来的值”的内存地址，返回值是 valueOffset。另外 value 是一个 volatile 变量，在内存中可见，因此 JVM 可以保证任何时刻任何线程总能拿到该变量的最新值。
其中解决CAS中的ABA问题，可以使用。核心其实就是加了个stamp,类似于加个版本号 这种解决
AtomicStampedReference：原子更新带有版本号的引用类型。该类将整数值与引用关联起来，可用于解决原子的更新数据和数据的版本号，可以解决使用 CAS 进行原子更新时可能出现的 ABA 问题。
AQS 介绍
AQS 是一个用来构建锁和同步器的框架，使用 AQS 能简单且高效地构造出应用广泛的大量的同步器，比如我们提到的 ReentrantLock，Semaphore，其他的诸如 ReentrantReadWriteLock，SynchronousQueue，FutureTask 等等皆是基于 AQS 的。当然，我们自己也能利用 AQS 非常轻松容易地构造出符合我们自己需求的同步器。
AQS 核心思想是，如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制 AQS 是用 CLH 队列锁实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。
AQS 使用一个 int 成员变量来表示同步状态，通过内置的 FIFO 队列来完成获取资源线程的排队工作。AQS 使用 CAS 对该同步状态进行原子操作实现对其值的修改。
AQS 对资源的共享方式
- Exclusive（独占）：只有一个线程能执行，如
ReentrantLock。又可分为公平锁和非公平锁：- 公平锁：按照线程在队列中的排队顺序，先到者先拿到锁
- 非公平锁：当线程要获取锁时，无视队列顺序直接去抢锁，谁抢到就是谁的
- Share（共享）：多个线程可同时执行，如
CountDownLatch、Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier、ReadWriteLock我们都会在后面讲到。
ReentrantReadWriteLock 可以看成是组合式，因为 ReentrantReadWriteLock 也就是读写锁允许多个线程同时对某一资源进行读。
AQS 使用了模板方法模式，自定义同步器时需要重写下面几个 AQS 提供的模板方法：
isHeldExclusively()//该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
tryAcquire(int)//独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
tryRelease(int)//独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
tryAcquireShared(int)//共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源。
tryReleaseShared(int)//共享方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
以 ReentrantLock 为例，state 初始化为 0，表示未锁定状态。A 线程 lock()时，会调用 tryAcquire()独占该锁并将 state+1。此后，其他线程再 tryAcquire()时就会失败，直到 A 线程 unlock()到 state=0（即释放锁）为止，其它线程才有机会获取该锁。当然，释放锁之前，A 线程自己是可以重复获取此锁的（state 会累加），这就是可重入的概念。但要注意，获取多少次就要释放多么次，这样才能保证 state 是能回到零态的。
再以 CountDownLatch 以例，任务分为 N 个子线程去执行，state 也初始化为 N（注意 N 要与线程个数一致）。这 N 个子线程是并行执行的，每个子线程执行完后 countDown() 一次，state 会 CAS(Compare and Swap)减 1。等到所有子线程都执行完后(即 state=0)，会 unpark()主调用线程，然后主调用线程就会从 await() 函数返回，继续后余动作。
Semaphore(信号量)-允许多个线程同时访问：synchronized和ReentrantLock都是一次只允许一个线程访问某个资源，Semaphore(信号量)可以指定多个线程同时访问某个资源。CountDownLatch（倒计时器）：CountDownLatch是一个同步工具类，用来协调多个线程之间的同步。这个工具通常用来控制线程等待，它可以让某一个线程等待直到倒计时结束，再开始执行。CyclicBarrier(循环栅栏)：CyclicBarrier和CountDownLatch非常类似，它也可以实现线程间的技术等待，但是它的功能比CountDownLatch更加复杂和强大。主要应用场景和CountDownLatch类似。CyclicBarrier的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续干活。CyclicBarrier默认的构造方法是CyclicBarrier(int parties)，其参数表示屏障拦截的线程数量，每个线程调用await()方法告诉CyclicBarrier我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞
对于CountDownLatch来说，重点是“一个线程（多个线程）等待”，而其他的N个线程在完成“某件事情”之后，可以终止，也可以等待。而对于CyclicBarrier，重点是多个线程，在任意一个线程没有完成，所有的线程都必须等待。
CountDownLatch是计数器，线程完成一个记录一个，只不过计数不是递增而是递减，而CyclicBarrier更像是一个阀门，需要所有线程都到达，阀门才能打开，然后继续执行。
