多线程JUC并发篇常见面试详解

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目录

• 1、JUC 简介
  • 2、线程和进程
• 3、并非与并行
• 4、线程的状态
• 5、wait/sleep的区别
• 6、Lock 锁（重点）
  • 1、Lock锁
  • 2、公平非公平：
  • 3、ReentrantLock 构造器
  • 4、Lock 锁实现步骤：
• 7、synchronized 和 lock 锁的区别
• 8、生产者和消费者问题（通信问题）
  • 1、Synchronized 版本
  • 2、JUC 版本
• 9、八个有关锁的问题
  • • 关于锁的八个问题
  • 问题1：两个同步方法，先执行发短信还是打电话？
  • 问题2：如果发短信延迟2秒，谁先执行
  • 问题3 加上一个没有锁的普通方法，谁先执行
  • 问题4：两个对象，一个调用发短信，一个调用打电话，谁先执行
  • 问题5：原来的两个同步方法，变为静态同步方法，一个对象调用，谁先执行
  • 问题6：创建两个实例，调用两个静态同步方法，谁先执行
  • 问题7：一个静态同步方法、一个同步方法、一个对象调用，谁先执行
  • 问题8：两个对象，一个调用静态同步方法，一个调用普通同步方法，谁先执行
  • 小结
• 10、集合类的安全问题
  • 1、List 不安全
  • 2、Set 不安全
• 11、Callable（简单）
• 12、JUC 常用辅助类
  • 1、CountDownLatch
  • 2、CyclickBarrier
  • 3、Semaphore
• 13、ReadWriteLock 读写锁
• 14、阻塞队列
  • 1、Blockqueue
  • 2、SynchronizedQueue
• 15、线程池（重点）
  • 1、线程池：三大方法
  • 2、线程池：七大参数
    • 3、四大拒绝策瑜：
• 16、为什么要使用线程池？
• 17、线程池线程复用的原理是什么？
• 18、AQS的理解
  • • • 1、ReentrantLock和AQS的关系
      • 2、ReentrantLock加锁和释放锁的底层原理
• 19、线程创建的三种方式
• 20、为什么启动start(),就调用run方法
• 21、线程的生命周期
• 21、线程安全：
  • • • 线程安全解决问题方案：
  • 1、互斥阻塞同步：也就是加锁sychronized和ReenrtrantLock,加锁优缺点？
• 22、线程同步机制
• 23、run()方法和sart（）方法有什么区别
• 24、线程是否可以被重复启动
• 25、volatile
• 26、java多线程之间的三种通信方式
  • 1、synchronized来保证线程安全
  • 2、通过Lock（）
  • 3、BlockingQueue
• 27、说一说synchronized的底层实现原理
• 28、CAS
  • 1、概念
  • 2、CAS可能产生ABA问题：
• 29、锁升级初步
  • 1、偏向锁：
  • 2、轻量级锁
  • 3、锁重入锁
  • 4、自旋锁什么时候升级为重量级锁
  • 5、为什么有自旋锁还需要重量级锁
  • 6、偏向锁是否一定比自旋锁效率高
• 30、ThreadLocal机制
• 31、ThreadLocal机制的内存泄露
  • • • • 留言：

多线程JUC并发篇

1、JUC 简介

什么是 JUC ？

• JUC 就是 java.util.concurrent 下面的类包，专门用于多线程的开发
  
  为什么使用 JUC ?

• 以往我们所学，普通的线程代码，都是用的thread或者runnable接口

• 但是相比于callable来说，thread没有返回值，且效率没有callable高

2、线程和进程

• 进程就是一个应用程序

• 线程是进程中的一个实体，线程本身是不会独立存在的。

进程是代码在数据集合上的一次运行活动， 是系统进行资源分配和调度的基本单位。

线程则是进程的一个执行路径， 一个进程中至少有一个线程，进程中的多个线程共享进程的资源。

​ 操作系统在分配资源时是把资源分配给进程的， 但是CPU 资源比较特殊， 它是被分配到线程的， 因为真正要占用CPU 运行的是线程， 所以也说线程是CPU 分配的基本单位。

​ java默认有几个线程? 两个 main线程 gc线程

​ Java 中，使用 Thread、Runnable、Callable 开启线程。

​ Java 没有权限开启线程 、Thread.start() 方法调用了一个 native 方法 start0()，它调用了底层 C++ 代码。

3、并非与并行

并发多线程操作同一个资源,交替执行

• CPU一核, 模拟出来多条线程,天下武功,唯快不破,快速交替

并行(多个人一起行走, 同时进行)

• CPU多核,多个线程同时进行 ; 使用线程池操作

4、线程的状态

• 新建

• 就绪

• 阻塞

• 运行

• 死亡

5、wait/sleep的区别

• 来自不同的类：wait来自object类, sleep来自线程类

• 关于锁的释放：wait会释放锁, sleep不会释放锁

• 使用范围不同：wait必须在同步代码块中，sleep可以在任何地方睡

• 是否需要捕获异常：wait不需要捕获异常，sleep需要捕获异常

6、Lock 锁（重点）

Synchronized 传统的锁

之前我们所学的使用线程的传统思路是：

• 单独创建一个线程类，继承Thread或者实现Runnable

• 在这个线程类中，重写run方法，同时添加相应的业务逻辑

• 在主线程所在方法中new上面的线程对象，调用start方法启动

1、Lock锁

可以看到，

Lock是一个接口，有三个实现类，现在我们使用

ReentrantLock 就够用了

查看

ReentrantLock 源码，构造器

2、公平非公平：

• 公平锁:：十分公平， 可以先来后到，一定要排队

• 非公平锁:：十分不公平，可以插队（默认）

3、ReentrantLock 构造器

• ReentrantLock 默认的构造方法是非公平锁（可以插队）。

• 如果在构造方法中传入 true 则构造公平锁（不可以插队，先来后到）。

4、Lock 锁实现步骤：

1. 创建锁，new ReentrantLock()
2. 加锁，lock.lock()
3. 解锁，lock.unlock()
4. 基本结构固定，中间的业务自己灵活修改

7、synchronized 和 lock 锁的区别

1. synchronized 是内置的 Java 关键字，Lock 是一个 Java 类

2. synchronized 无法判断获取锁的状态，Lock可以判断是否获取到了锁

3. synchronized 会自动释放锁，Lock 必须要手动释放锁！如果不释放锁，会产生死锁

4. synchronized 假设线程1（获得锁，然后发生阻塞），线程2（一直等待）； Lock 锁就不一定会等待下去，可使用 tryLock 尝试获取锁

5. synchronized 可重入锁，不可以中断的，非公平的；Lock锁，可重入的，可以判断锁，是否公平（可自己设置）

6. synchronized 适合锁少量的代码同步问题，Lock 适合锁大量的同步代码

总体来说，synchronized 本来就是一个关键字，很多规则都是定死的，灵活性差；Lock 是一个类，灵活性高

8、生产者和消费者问题（通信问题）

1、Synchronized 版本

解决线程之间的通信问题，比如线程操作一个公共的资源类

基本流程可以总结为：

• 等待：判断是否需要等待

• 业务：执行相应的业务

• 通知：执行完业务通知其他线程

public class ConsumeAndProduct {
    public static void main(String[] args) {
        Data data = new Data();
        // 创建一个生产者
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.increment();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"A").start();
        // 创建一个消费者
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    data.decrement();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"B").start();
    }
}
//这是一个缓冲类，生产和消费之间的仓库,公共资源类
class Data{
    // 这是仓库的资源，生产者生产资源，消费者消费资源
    private int num = 0;
    // +1，利用关键字加锁
    public synchronized void increment() throws InterruptedException {
        // 首先查看仓库中的资源(num)，如果资源不为0，就利用 wait 方法等待消费，释放锁
        if(num!=0){
            this.wait();
        }
        num++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+num);
        // 通知其他线程 +1 执行完毕
        this.notifyAll();
    }
    // -1
    public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
        // 首先查看仓库中的资源(num)，如果资源为0，就利用 wait 方法等待生产，释放锁
        if(num==0){
            this.wait();
        }
        num--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+num);
        // 通知其他线程 -1 执行完毕
        this.notifyAll();
    }
}

思考问题：如果存在ABCD4个线程是否安全？

• 不安全，会有虚假唤醒

查看 api 文档

解决办法：if 判断改为 while，防止虚假唤醒

• 因为 if 只会执行一次，执行完会接着向下执行 if() 外边的代码

• 而 while 不会，直到条件满足才会向下执行 while() 外边的代码

修改代码为：

    // ...
    // 使用 if 存在虚假唤醒
    while (num!=0){
        this.wait();
    }
    // ...
    while(num==0){
        this.wait();
    }

2、JUC 版本

锁、等待、唤醒 都进行了更换

改造之后，确实可以实现01切换，但是ABCD是无序的，不满足我们的要求，

Condition 的优势在于，精准的通知和唤醒线程！比如，指定通知下一个进行顺序。

重新举个例子，

三个线程 A执行完调用B，B执行完调用C，C执行完调用A，分别用不同的监视器，执行完业务后指定唤醒哪一个监视器，实现线程的顺序执行

锁是统一的，但监视器是分别指定的，分别唤醒，signal，之前使用的是 signalAll

  private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition1 = lock.newCondition();
    private Condition condition2 = lock.newCondition();
    private Condition condition3 = lock.newCondition();
    private int num = 1; // 1A 2B 3C
    public void printA(){
        lock.lock();
        try {
            while (num != 1){
                condition1.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Im A ");
            num = 2;
            condition2.signal();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void printB(){
        lock.lock();
        try {
            while (num != 2){
                condition2.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Im B ");
            num = 3;
            condition3.signal();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void printC(){
        lock.lock();
        try {
            while (num != 3) {
                condition3.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Im C ");
            num = 1;
            condition1.signal();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

9、八个有关锁的问题

深入理解锁

关于锁的八个问题

问题1：两个同步方法，先执行发短信还是打电话？

经过测试，一直是先发短信

问题2：如果发短信延迟2秒，谁先执行

结果依旧是先发短信，后打电话

分析：

• 并不是由于发短信在前导致的

• 本案例中，方法前加synchronized，锁的其实该方法的调用者，也就是 phone 实例，两个方法共用同一个 phone 对象的锁，谁先拿到，谁先执行

• 在主线程中，先调用发短信，所以先执行，打电话等释放锁再执行

问题3 加上一个没有锁的普通方法，谁先执行

观察发现，先执行了 hello

分析原因：

• hello 是一个普通方法，不受 synchronized 锁的影响，不用等待锁释放。

问题4：两个对象，一个调用发短信，一个调用打电话，谁先执行

结论，先打电话，后发短信

分析原因：

• 两个对象两把锁，互不影响，1拿到锁还需要等待3秒，2拿到对象立刻就能打电

问题5：原来的两个同步方法，变为静态同步方法，一个对象调用，谁先执行

结果，始终是先发短信，后打电话

分析原因：

静态方法前面加锁，锁的其实是这个方法所在的Class类对象（非静态那个是实例对象，注意区分）

Class类对象也是全局唯一，使用的是通一把锁，所以先发短信，后打电话

虽然和上面的实例对象都是对应了全局唯一的锁，但原理还是有所不同

主线程先执行了发短信，打电话就必须等锁释放再执行

问题6：创建两个实例，调用两个静态同步方法，谁先执行

结果，现发短信，后打电话

原因分析：

• 虽然实例对象是两个，但是两个静态同步方法对应的锁是Class类对象的锁，还是全局唯一

问题7：一个静态同步方法、一个同步方法、一个对象调用，谁先执行

结果：先打电话，后发短信

原因分析：

• 静态同步方法和普通同步方法分别对应了不同的锁，互不干扰

• 发短信需要延迟3秒，所以打电话先执行了

问题8：两个对象，一个调用静态同步方法，一个调用普通同步方法，谁先执行

结果，先打电话，后发短信

分析原因：

同问题7相同，两个方法对应了不同的锁，互不干扰

发短信还需要等待3秒，所以打电话先执行完了

小结

无外乎两种锁，一个是new实例的锁，一个是Class对象的锁

实例的锁，与当前的实例唯一对应，Class对象的锁与这个类唯一对应

如果两个方法等同一个锁，必须一个先执行完，释放锁，另一个才可以执行

如果两个方法等不同的锁，互不影响，谁先谁后看具体情况

在主线程中，代码是顺序执行的，再结合锁的原理，综合判断线程执行的顺序

10、集合类的安全问题

在 JUC 并发编程情况下，适用于单线程的集合类将出现并发问题

1、List 不安全

运行出现并发修改异常，

java.util.ConcurrentModificationException

解决方案：

解决方案1：

• ArrayList 换成 Vector，Vector 方法里加了锁

• Vector出现比较早，由于锁导致方法执行效率太低，不推荐使用

解决方案2：

• 使用 Collection 静态方法，返回一个带锁的 List 实例

List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

解决方案3：

• 使用 JUC 提供的适合并发使用的 CopyOnWriteArrayList

List list = new CopyOnWriteArrayList<>();

分析：

CopyOnWrite 表示写入时复制，简称COW，计算机程序设计领域的一种优化策略

多线程调用list时，读取时没有问题，写入的时候会复制一份，避免在写入时被覆盖

这也是一种读写分离的思想

CopyOnWriteArrayList 比 Vector 强在哪里？前者是写入、复制，且使用 lock 锁，效率比 Vector 的synchronized 锁要高很多

2、Set 不安全

Set 和 List 同理可得：多线程情况下，普通的 Set 集合是线程不安全的

• 使用 Collection 工具类的 synchronized 包装的 Set 类

Set set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());

• 使用 JUC 提供的 CopyOnWriteArraySet 写入复制

Set set = new CopyOnWriteArraySet<>();

思考，HashSet 底层到底是什么？

• hashSet底层就是一个HashMap；hashSet只使用了hashMap的key

11、Callable（简单）

得到的信息：

可以有返回值

可以抛出异常

方法不同，run() => call()

使用时注意

• Callable 的泛型也是 call 方法的返回值类型

• Callable 的实现类无法直接放在 Thread 中，还需要先放在 -

• FutureTask 中，再放在 Thread 中FutureTask 就相当于适配类，起到牵线的作用

注意：

• 运行结果会产生缓存，目的是为了提高效率

• get方法可能会产生阻塞，所以放在了最后

12、JUC 常用辅助类

1、CountDownLatch

减法计数器

原理:

countDownLatch.countDown(); //数量减1

countDownLatch.await();// 等待计数器归零,然后再向下执行

每次有线程调用countDown()数量-1，假设计数器变为0，countDownLatch.await();就会被唤醒，继续执行

2、CyclickBarrier

加法计数器，与 CountDownLatch 正好相反

相当于设定一个目标，线程数达到目标值之后才会执行

3、Semaphore

计数信号量，比如说，有6辆车，3个停车位，汽车需要轮流等待车位

常用在需要限流的场景中，

原理：

• *semaphore.acquire() 获得资源，如果资源已经使用完了，就等待资源释放后再进行使用！

• *semaphore.release() 释放，会将当前的信号量释放+1，然后唤醒等待的线程！

用途：

• *多个共享资源互斥的使用！

• *并发限流，控制最大的线程数！

13、ReadWriteLock 读写锁

ReadWriteLock，这是一个更加细粒度的锁

// 自定义缓存
class MyCache{
    private volatile Map<String,String> map = new HashMap<>();
    private ReadWriteLock readWriteLock= new ReentrantReadWriteLock();
    // 存，写,写入的时候只希望只有一个线程在写
    public void write(String key, String value) {
        readWriteLock.writeLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程开始写入");
            map.put(key, value);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程开始写入ok");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            readWriteLock.writeLock().unlock();
        }
    }
    // 取，读,所有线程都可以读
    public void read(String key) {
        readWriteLock.readLock().lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程开始读取");
            map.get(key);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程读取ok");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            readWriteLock.readLock().unlock();
        }
    }
}

小结：

• 读-读 可以共存
• 读-写 不能共存
• 写-写 不能共存

也可以这样称呼，含义都是一样，名字不同而已

• 独占锁（写锁）一次只能由一个线程占有
• 享锁（读锁）一次可以有多个线程占有

14、阻塞队列

1、Blockqueue

阻塞队列 BlockQueue 是Collection 的一个子类

应用场景：多线程并发处理、线程池

BlockingQueue 有四组 API

方式 抛出异常 不会抛出异常,有返回值 阻塞等待 超时等待

添加操作 add() offer() 供应 put() offer(obj,int,timeunit.status)可设置时间

移除操作 remove() poll() 获得 take() poll(int,timeunit.status)可设置时间

判断队列首部 element() peek() 偷看,偷窥 SynchronizedQueue 同步队列

同步队列没有容量，进去一个元素，必须等待取出来之后，才能再往里面放一个元素

2、SynchronizedQueue

• SynchronizedQueue使用 put 方法和 take 方法
• Synchronized 和 其他的 BlockingQueue 不一样 它不存储元素；
• put了一个元素，就必须从里面先 take 出来，否则不能再 put 进去值！
• 并且 SynchronousQueue 的 take 是使用了 lock 锁保证线程安全的。

15、线程池（重点）

池化技术

线程池重点：三大方式、七大参数、四种拒绝策略

程序的运行的本质：占用系统的资源 ! 优化CPU资源的使用 ===>池化技术（线程池、连接池、内存池、对象池…）

池化技术：实现准备好一些资源，有人要用，就来我这里拿，用完之后还给我

线程池的好处:

• 降低资源消耗
• 提高响应速度
• 方便管理

如何优化：

• 线程复用,可以控制最大并发数,管理线程

1、线程池：三大方法

查看阿里巴巴开发手册

1. ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();//单个线程
2. ExecutorService threadPool2 = Executors.newFixedThreadPool(5); //创建一个固定的线程池的大小
3. ExecutorService threadPool3 = Executors.newCachedThreadPool(); //可伸缩的（不会出现OOM）

之前我们所学知识，直接创建线程，现在我们通过线程池来创建线程，使用池化技术

>  ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();//可伸缩的，遇强则强，遇弱则弱
>         try {
>             for (int i = 0; i < 10; i++) {
>                 service.execute(() -> {
>                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "ok");
>                 });
>             }
>             //线程池用完要关闭线程池
>         } finally {
>             service.shutdown();
>         }

2、线程池：七大参数

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,//核心线程数 也就是一直工作的线程数量
                          int maximumPoolSize,//最大线程数，如果核心心线程数使用完
                          long keepAliveTime,//非核心线程的存活时间
                          TimeUnit unit,//非核心线程的存活时间单位
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,//阻塞队列
                          ThreadFactory threadFactory,//线程工厂
                          RejectedExecutionHandler handler) //拒绝策略

提交优先级

execute()提交方法中源码中的几个if里面都会调用执行方法addWorker(Rannale firstTask,boolean core )

执行优先级

执行优先级：

addWorker(Rannale firstTask,boolean core )

submit（）与execute()区别

1、submit（）有返回值，execute()没有返回值

2、submit()方法里面调用了execute()方法

3、四大拒绝策瑜：

16、为什么要使用线程池？

为了减少创建和销毁线程的次数，让每个线程可以多次使用,可根据系统情况调整执行的线程数量，防止消耗过多内存,所以我们可以使用线程池.

17、线程池线程复用的原理是什么？

首先线程池内的线程都被包装成了一个个的java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.Worker,然后这个worker会马不停蹄的执行任务,执行完任务之后就会在while循环中去取任务,取到任务就继续执行,取不到任务就跳出while循环(这个时候worker就不能再执行任务了)执行 processWorkerExit方法,这个方法呢就是做清场处理,将当前woker线程从线程池中移除,并且判断是否是异常的进入processWorkerExit方法,如果是非异常情况,就对当前线程池状态(RUNNING,shutdown)和当前工作线程数和当前任务数做判断,是否要加入一个新的线程去完成最后的任务(防止没有线程去做剩下的任务).

那么什么时候会退出while循环呢?取不到任务的时候(getTask() == null)

/java/util/concurrent/ThreadPoolExecutor.java:1127
final void runWorker(Worker w) {
        Thread wt = Thread.currentThread();
        Runnable task = w.firstTask;
        w.firstTask = null;
        w.unlock(); // allow interrupts
        boolean completedAbruptly = true;
        try {
            while (task != null || (task = getTask()) != null) {...执行任务...}
            completedAbruptly = false;
        } finally {
            processWorkerExit(w, completedAbruptly);
        }
    }




private Runnable getTask() {
        boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?

        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            int rs = runStateOf(c);

            //(rs == SHUTDOWN && workQueue.isEmpty()) || rs >=STOP
            //若线程池状态是SHUTDOWN 并且 任务队列为空,意味着已经不需要工作线程执行任务了,线程池即将关闭
            //若线程池的状态是 STOP TIDYING TERMINATED,则意味着线程池已经停止处理任何任务了,不在需要线程
            if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
                    //把此工作线程从线程池中删除
                decrementWorkerCount();
                return null;
            }

            int wc = workerCountOf(c);

            //allowCoreThreadTimeOut:当没有任务的时候,核心线程数也会被剔除,默认参数是false,官方推荐在创建线程池并且还未使用的时候,设置此值
            //如果当前工作线程数 大于 核心线程数,timed为true
            boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
                        
            //(wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut)):当工作线程超过最大线程数,或者 允许超时并且超时过一次了
            //(wc > 1 || workQueue.isEmpty()):工作线程数至少为1个 或者 没有任务了
            //总的来说判断当前工作线程还有没有必要等着拿任务去执行
            //wc > maximumPoolSize && wc>1 : 就是判断当前工作线程是否超过最大值
            //或者 wc > maximumPoolSize && workQueue.isEmpty():工作线程超过最大,基本上不会走到这,
            //                如果走到这,则意味着wc=1 ,只有1个工作线程了,如果此时任务队列是空的,则把最后的线程删除
            //或者(timed && timedOut) && wc>1:如果允许超时并且超时过一次,并且至少有1个线程,则删除线程
            //或者 (timed && timedOut) && workQueue.isEmpty():如果允许超时并且超时过一次,并且此时工作                                        队列为空，那么妥妥可以把最后一个线程（因为上面的wc>1不满足，则可以得出来wc=1）删除
            if ((wc > maximumPoolSize  || (timed && timedOut))
                && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
                if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
                        //如果减去工作线程数成功,则返回null出去,也就是说 让工作线程停止while轮训,进行收尾
                    return null;
                continue;
            }

            try {
                    //判断是否要阻塞获取任务
                Runnable r = timed ?
                    workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
                    workQueue.take();
                if (r != null)
                    return r;
                timedOut = true;
            } catch (InterruptedException retry) {
                timedOut = false;
            }
        }
    }

18、AQS的理解

1、ReentrantLock和AQS的关系

java并发包下的很多API都是基于AQS来实现加锁和释放等功能，AQS是并java发包的基础类。

举个列子，ReentrantLock、ReentrantReadWr

iteLock底层都是基于AQS来实现的。ReentrantLock内部包含已个AQS对象。

AQS的全称是AbstractQueueSynchonizer，抽象队列同步锁。

2、ReentrantLock加锁和释放锁的底层原理

如果现在有一个线程过来尝试用ReentrantLock的lock()方法进行加锁，会发生什么？

很简单，这个AQS对象内部有一个核心的变量state，是int类型的，代表加锁的状态。初始情况下为0.

另外AQS内部还有一个关键变量，用来记录加锁线程是哪个线程，初始化状态下，这个线程是null。

[MISSING IMAGE: image-20220324164210432, image-20220324164210432 ]

接着线程1跑过来会调用ReentrantLock的lock()方法尝试加锁，这个加锁的过程，是直接用CAS操作将state值进行0->1的。如果之间前没有人加过锁，那么state为0，此时线程1加锁成功

一旦线程加锁成功后，就可以设置当前线程就是自己。

下图就是线程1的加锁过程

其实到这就知道了AQS就是并发包里的一个核心组件，里面有state变量，加锁 线程变量等核心东西，维护了加锁状态。你会发现ReentrantLock就是一个外面的API，内部的核心锁机制都是依赖AQS组件的

这个ReentrantLock之所以以Reentrant开头，意思是它可以可重入锁。

可重入锁的意思是，就是你可以对ReentrantLock对象多次执行lock()加锁和unlock()释放锁，也就是可以对一个锁加多次，叫做可重入加锁

明白这个后看这个state变量，其实每次线程1可重入加锁一次，那么他会判断当前线程就是自己，那么他自己就可以冲重入多次加锁。每次都state+1，别的没有变化。

线程1加锁完成后，那么线程2跑来加锁会发生什么呢？

我们看看互斥锁怎么实现的，线程2跑来发现state不是0，所以CAS重0->1就失败，因为不为0说明被加锁锁了，那么就会去看当前加锁线程是否是自己，不是的话自己就加锁失败。

看图示意：

[MISSING IMAGE: image-20220324170008447, image-20220324170008447 ]

接着，线程2就会将自己放入到AQS的一个等待队列，因为自己尝试加锁失败了，此时就要将自己放入队列中等待，等待线程1释放锁之后，自己就可以重新尝试加锁了。

能够看到，AQS是如此的核心，AQS内部还有一个等待u队列，专门放哪些加锁失败的线程。

[MISSING IMAGE: image-20220324170416331, image-20220324170416331 ]

接着，线程1在执行完自己的业务后，就会释放锁！他释放锁的过程很简单，就是将AQS内部的state变量值递减到，将“加锁线程”也是设置为null，彻底释放锁了。

接下来，会从等待队列中唤醒对头的线程2，线程2重新尝试加锁。还是用CAS将state变为1，当前线程为自己线程，同时线程2自己就可以出队了。

19、线程创建的三种方式

• 1、Thread类

是Java中表示线程的类，里面包含了一个线程运行过程中方法run()方法

使用Thread类创建并启动线程的步骤：

1.写一个类，继承Thread类

2.覆盖Thread类中的run()方法

3.创建线程的实例对象

4.调用线程的实例对象的start()方法去启动线程

注意：

1.启动线程调用start()方法

2.启动线程之后会自动调用run()方法

3.需要线程完成某件事情，将对应的代码添加到run()方法中即可

• 2、实现Runnale接口（推荐使用）

步骤：

1. 写一个类实现Runnable接口

2. 实现Runnable接口中的run()

3. 创建Thread类创建对象，并将第三步创建的对象作为参数传递到构造方法中

4. 调用Thread创建对象的start（）方法，启动线程

采用匿名内部类方式创建线程（固定格式）

public static void main(String[] args) {
    Thread th = new Thread() {
        public void run() {
        System.out.println("匿名内部类的run方法");
        };
     };
    th.start();
}

• 3、实现Callable接口，并与future

• 4、线程池结合使用

20、为什么启动start(),就调用run方法

关注源码可以发现，在start（）方法中，默认调用了一个JNI方法，这个方法是java平台用于和本地C代码进行相互操作的API

21、线程的生命周期

线程的生命周期就是线程的状态

• 1新建状态 new

当使用new关键字创建线程实例后，该线程就属于新建状态，但是不会执行

• 2、就绪状态Runnable

当调用start()方法时，该线程处于就绪状态，表示可以执行，但是不一定会立即执行，而是等待cpu

分配时间片进行处理

• 3、运行状态（Running）

当为该线程分配到时间片后，执行该方法的run方法，就处于运行状态

• 4、暂停状态（包括休眠、等待、阻塞等）（Block）

当线程调用sleep（）方法，主动放弃CPU资源，或者线程吊用阻塞IO方法时，比如控制台的Scannner输入方法

• 死亡状态（dead）

当线程的run（）方法执行完成之后就处于死亡状态

注意：

1.当线程创建时，并不会立即执行，需要调用start方法，使其处于就绪状态

2.线程处于就绪状态时，也不会立即执行线程，需要等待CPU分配时间

3.当线程阻塞时，会让出占有的CPU，当阻塞结束时，线程会进入就绪状态，重新等待CPU，而不是直接进入到运行状态

• Thread.yield()：

让出当前CPU时间片，该线程会从运行状态进入到就绪状态，此时继续与其他线程抢占CPU

• Thread.sleep(time)：

让线程休眠time毫秒，该线程会从运行状态进入到阻塞状态，不会与其他线程抢占CPU。当time毫秒过后，该线程会从阻塞状态进入到就绪状态，重新与其他线程抢占CPU

异步的效率会比同步的高，但是异步存在数据安全问题

多线程并发执行，也就是线程异步处理，并发执行存在线程安全问题

21、线程安全：

在实际开发中，使用多线程程序的情况很多，如银行排号系统、火车站售票系统等。这种多线程的程序通常会发生问题，以火车站售票系统为例，在代码中判断当前票数是否大于0,如果大于0则执行将该票出售给乘客的功能，但当两个线程同时访问这段代码时(假如这时只剩下一张票)，第一个线程将票售出，与此同时第二个线程也已经执行完成判断 是否有票的操作， 并得出结论票数大于0,于是它也执行售出操作，这样就会产生负数。所以在编写多线程程序时，应该考虑到钱程安全问题。实质上线程安全问题来源于两个线程同时存取单一对象的数据。

线程安全解决问题方案：

1、互斥阻塞同步：也就是加锁sychronized和ReenrtrantLock,加锁优缺点？

22、线程同步机制

为了避免多线程的安全问题，需要在公共访问的内容上加锁，加锁之后，当一个线程执行该内容时，其他线程无法执行该内容，只有当该线程将此部分内容执行完了之后，其他线程才可以执行。

• 1.找到多线程公共执行的内容
• 2.在此内容上合适的位置加上锁

锁：

1、****synchronized可以加在方法上，也可以加在代码块中

加在方法上，在返回值前面加synchronized既可，

比如：public synchronized void run() {}表示给run方法整体加上了锁。
加在代码块上：
synchronized(this) {
//需要同步执行的代码
}

注意：加锁之后，被加锁的代码就变成了同步，会影响效率，所以应该尽量减小加锁的范围

2、也可以用RantantLock

23、run()方法和sart（）方法有什么区别

run()方法是线程的执行体，他的方法代表线程需要完成的任务，而start（）方法用来启动线程。

24、线程是否可以被重复启动

25、volatile

26、java多线程之间的三种通信方式

1、synchronized来保证线程安全

如果线程之间是通过synchronized来保证线程安全，则可以利用wait（）、notify（）、notifyAll（）来实现通信

2、通过Lock（）

如果线程之间是通过Lock（）来保证线程安全的，则可以利用await()、signal()、signalAll()来说实现线程通信

这三个方法都是Condition接口中的方法。

3、BlockingQueue

jdk1.5中提供了BlockingQueue接口，虽然四Queue的子接口，但是主要用途并不是作为容器，而是作为线程的通信工具。BlockingQueue具有一个特征：当生产者线程试图向BlockingQueue中放入一个元素，如果该队列已满，则该线程阻塞；

27、说一说synchronized的底层实现原理

一、synchronized作用在代码块时，它的底层是通过monitorenter、monitorexit指令来实现的。

• *monitorenter：

每个对象都是一个监视器锁（monitor），当monitor被占用时就会处于锁定状态，线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权，过程如下：

如果monitor的进入数为0，则该线程进入monitor，然后将进入数设置为1，该线程即为monitor的所有者。如果线程已经占有该monitor，只是重新进入，则进入monitor的进入数加1。如果其他线程已经占用了monitor，则该线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，再重新尝试获取monitor的所有权。

• *monitorexit：

执行monitorexit的线程必须是objectref所对应的monitor持有者。指令执行时，monitor的进入数减1，如果减1后进入数为0，那线程退出monitor，不再是这个monitor的所有者。其他被这个monitor阻塞的线程可以尝试去获取这个monitor的所有权。

monitorexit指令出现了两次，第1次为同步正常退出释放锁，第2次为发生异步退出释放锁。

二、方法的同步并没有通过 monitorenter 和 monitorexit 指令来完成，不过相对于普通方法，其常量池中多了 ACC_SYNCHRONIZED 标示符。JVM就是根据该标示符来实现方法的同步的：

当方法调用时，调用指令将会检查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志是否被设置，如果设置了，执行线程将先获取monitor，获取成功之后才能执行方法体，方法执行完后再释放monitor。在方法执行期间，其他任何线程都无法再获得同一个monitor对象。

三、总结

两种同步方式本质上没有区别，只是方法的同步是一种隐式的方式来实现，无需通过字节码来完成。两个指令的执行是JVM通过调用操作系统的互斥原语mutex来实现，被阻塞的线程会被挂起、等待重新调度，会导致“用户态和内核态”两个态之间来回切换，对性能有较大影响

28、CAS

1、概念

2、CAS可能产生ABA问题：

　　　ABA解决问题：加一个版本号

　　　版本号：数值型或者布尔型

29、锁升级初步

• new->偏向锁->轻量级锁(无锁、自旋锁、自适应自旋3)->重量级锁

1、偏向锁：

在锁对象的对象头中记录⼀下当前获取到该锁的线程ID，该线程下次如果⼜来获取该锁就

2、轻量级锁

由偏向锁升级⽽来，当⼀个线程获取到锁后，此时这把锁是偏向锁，此时如果有第⼆个 线程来竞争锁，偏向锁就会升级为轻量级锁，之所以叫轻量级锁，是为了和重量级锁区分开来，轻 量级锁底层是通过⾃旋来实现的，并不会阻塞线程

3、锁重入锁

sychnronized必须记录重入次数，因为要解锁必须对应次数

偏向锁 自旋锁 ->线程栈->LR+1

4、自旋锁什么时候升级为重量级锁

竞争加剧：有线程超过10次，或者自旋锁线程数超过CPU核数的一半，1.6以后加入自适应自旋，JVM自己控

5、为什么有自旋锁还需要重量级锁

自旋是消耗CPU资源的，如果时间过长或者自旋线程数多，CPU会被大量消耗

重量级锁有等待队列，所有拿不到锁的进入等待队列，不需要消耗CPU资源

6、偏向锁是否一定比自旋锁效率高

不一定，在明确知道会有多线程竞争的情况下，偏向锁肯定会涉及锁撤销，这时候直接使用自旋锁

JVM启动过程，会有很多线程竞争（明确），所以默认情况下启动是不会启动偏向锁，过一会时间再打开

30、ThreadLocal机制

对于ThreadLocal而言，常用的方法，就是get/set/initialValue方法。

ThreadLocal提供一个线程（Thread）局部变量，访问到某个变量的每一个线程都拥有自己的局部变量。说白了，ThreadLocal就是想在多线程环境下去保证成员变量的安全。

你会看到，set需要首先获得当前线程对象Thread；

然后取出当前线程对象的成员变量ThreadLocalMap；

如果ThreadLocalMap存在，那么进行KEY/VALUE设置，KEY就是ThreadLocal；

如果ThreadLocalMap没有，那么创建一个；

说白了，当前线程中存在一个Map变量，KEY是ThreadLocal，VALUE是你设置的值。

31、ThreadLocal机制的内存泄露

首先来说，如果把ThreadLocal置为null，那么意味着Heap中的ThreadLocal实例不在有强引用指向，只有弱引用存在，因此GC是可以回收这部分空间的，也就是key是可以回收的。但是value却存在一条从Current Thread过来的强引用链。因此只有当Current Thread销毁时，value才能得到释放。

因此，只要这个线程对象被gc回收，就不会出现内存泄露，但在threadLocal设为null和线程结束这段时间内不会被回收的，就发生了我们认为的内存泄露。最要命的是线程对象不被回收的情况，比如使用线程池的时候，线程结束是不会销毁的，再次使用的，就可能出现内存泄露。

那么如何有效的避免呢？

事实上，在ThreadLocalMap中的set/getEntry方法中，会对key为null（也即是ThreadLocal为null）进行判断，如果为null的话，那么是会对value置为null的。我们也可以通过调用ThreadLocal的remove方法进行释放！

留言：

这是本人今年春招找实习工作准备总结，记录在此，如有需要的老铁可以看看，如有问题可以留言指导