线程和进程

进程是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位，因此进程是动态的。系统运行一个程序就是一个进程从创建、运行到消亡的过程。

线程是比进程更小的执行单位。一个进程可以包含多个线程。同一进程下的线程共享进程的堆和方法区，有自己的程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈。所以系统在产生线程或多个线程切换时负担比进程小得多。

总结：线程是进程进一步划分成的更小的运行单位。最大不同在于进程之间独立，而线程不一定。线程执行开销小，但不利于资源的管理保护，进程则相反。

程序计数器为什么私有？

程序计数器用于记录当前线程执行的位置，私有是为了线程切换后能恢复到正确的执行位置。

虚拟机栈和本地方法栈为什么私有?

• 虚拟机栈。每个java方法在执行时会在虚拟机栈创建一个栈帧存储局部变量表，操作数栈、常量池引用等信息。每一个方法调用到执行完成，都对应一个栈帧从虚拟机栈入栈到出栈。
• 本地方法栈：与虚拟机栈作用类似，但本地方法栈为使用到的native方法服务。

堆和方法区

线程共享资源，堆是进程最大的一块内存，存放新创建的对象，方法区存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

并发与并行

并发：cpu在多个线程之间切换，使多个线程看上去同时进行

并行：多个线程在单位时间内同时执行。

为什么使用多线程

充分利用多核cpu资源；线程的切换调度成本小于进程；

线程生命周期

• 线程创建（new一个线程）之后处于NEW（新建）状态，调用start方法后处于READY（可运行）状态，经cpu调度获得cpu时间片后处于RUNNING（运行中）状态，以上两种状态统称为RUNNABLE状态。线程执行wait方法会进入WAITING（等待）状态，需要等待其他线程的通知才能回到运行状态，TIME_WAITING（超时等待）状态是给等待加时间限制，时间一到自动回到RUNNABLE状态。线程调用同步方法而没有获得锁就进入BLOCKED（阻塞）状态。执行完run方法后进入TERMINATED（终止）状态。

上下文切换

多线程中一般线程数大于CPU核心数，而一个cpu核心任意时刻只能被一个线程使用，因此cpu为每个线程分配时间片并轮转。当一个线程使用完了时间片就处于就绪状态让给其他线程使用，这个过程就是上下文切换。

概括说，线程A切换到线程B时，A保存自己的状态，而B加载自己保存的状态，这就上下文切换。

死锁

若干个线程相互等待对方释放资源而无法继续执行的状态。

四个条件：

1. 互斥条件：线程对资源排他性使用
2. 请求保持条件：线程因请求资源阻塞时保持已有资源不放
3. 不剥夺条件：线程持有的资源只能由自己释放
4. 循环等待条件：若干线程之间形成首尾相接的等待关系。

避免死锁

1. 破坏请求保持：一次性申请所有资源
2. 破坏不剥夺：进一步申请资源失败时释放已有资源
3. 破坏循环等待条件：给资源编号，每个线程按编号顺序申请资源

sleep和wait的区别

• 前者不释放锁，后者释放锁
• 都可以暂停线程运行
• 前者可以自动苏醒，后者需要其他线程唤醒或者传入时间参数
• 前者来自Thread类，后者来自Object类

Synchronized

三种使用方式

• 实例方法：对当前实例对象加锁
• 静态static方法：对当前类加锁，锁住类的所有静态资源。静态同步方法的锁与非静态同步方法的锁不是同一把锁。
• 修饰代码块：指定加锁对象，可以是类（Xxx.class）或实例对象

双重校验锁实现单例模式

public class Singleton{private volatile static Signleton instance;private Singleton(){}public static Singleton getInstance(){if (instance == null){synchronized(Singleton.class){if (instance == null){instance = new Singleton();    }  }}return instance;}
}

• volatile来避免指令重排。正常指令是开辟内存，初始化对象，变量指向该内存。指令重排可能造成线程A还未初始化对象就将变量指向了该内存，导致线程B判断对象不为null而取走一个未初始化的对象。
• 第二层if是为了防止：两个发现instance为null的线程正要执行同步方法，一个线程进入，一个阻塞。阻塞的线程进入同步方法时，若不再次判断就会new出一个新的实例。

Synchronized与ReentrantLock的区别

1. 都是可重入锁（自己可以再次获取自己的内部锁）
2. 前者依赖JVM实现，jdk1.6对Synchronized进行了很多优化都是虚拟机层面实现的。后者是JDK层面实现的（也就是API层面，需要lock和unlock方法配合try/catch使用），可以查看源码
3. 后者增加了一些高级功能
   1. 等待可中断：能够中断对锁的等待，改为处理其他事情，通过lock.lockInterruptibly()实现
   2. 可以指定公平锁还是非公平锁。前者只能是非公平锁，后者默认是非公平锁，可以传入布尔参数指定。
   3. 前者可以与wait、notify、notifyAll结合实现等待通知，ReentrantLock可以通过Condition接口和newCondition方法实现线程的精准唤醒。一个Lock对象可以new多个Condition实例，线程可以注册在指定的Condition实例中，通过Condition实例实现线程的选择性通知。

volatile

用于修饰变量

1. 保证可见性
2. 不保证原子性
3. 避免指令重排

JMM （Java内存模型）

线程从主内存（共享内存）将变量保存在自己的工作内存中，修改后再写回主内存，这就导致一个线程更改了主内存中某个变量的值，而另一个正在操作该变量的线程看不到变量的变化。

synchronized与volatile的区别

• 后者是线程同步的轻量级实现，性能更好，但只能用于变量。前者可以修饰方法及代码块
• 多线程访问volatile关键字不会阻塞，而Synchronized关键字会发送阻塞
• 后者能保证数据的可见性，不能保证数据的原子性，前者都能保证
• 后者主要解决变量在多个线程之间的可见性，而前者用于解决多线程之间访问资源的同步性。

ThreadLocal

ThreadLocal类相当于存放一个线程的私有数据的盒子。

如果创建了一个ThreadLocal变量，每个访问该变量的线程都会有这个变量的本地副本，可以使用get()、set()方法来获取默认值或更改，这些操作都是在本线程的副本上进行，不影响其他线程。

线程池

好处

• 降低资源消耗（重复利用已创建的线程，避免反复和销毁线程创建造成的消耗）
• 提高响应速度（节省了创建线程 的时间）
• 提高线程的可管理性（可以进行统一的分配、调优和监控）

Runnable和Callable的区别

• 前者需要重写run方法，后者重写call方法
• 前者没有返回值，不会抛出异常，后者可以有返回值，可以抛出异常

执行execute方法和submit方法的区别

1. 前者用于提交不需要返回值的任务，无法判断任务是否被执行成功
2. 后者用于提交有返回值的任务。线程池返回一个Future类型的对象，通过这个对象可以判断任务是否成功执行，Future的get方法可以获得返回值（这是个阻塞方法，会阻塞当前线程直到任务完成、结果返回，但是也可以传入时间参数，一段时间后自动返回）

创建线程池

Executors对ThreadPoolExecutor进行了封装，提供了一些名为newXxxx的方法创建线程池，但有弊端。

• FixedThreadPool和SingleThreadExecutor：阻塞队列长度为Integer.MAX_VALUE,可能堆积大量请求造成OOM
• CachedThreadPool和ScheduledThreadPool：允许最大线程数为Integer.MAX_VALUE,可能会创建大量线程导致OOM

ThreadPoolExecutor类

七个参数（构造方法中的）

1. 核心线程数（一直开启的线程数量）
2. 最大线程数（阻塞队列满时开启的最大线程数）
3. 阻塞队列
4. 核心线程数外的线程在无任务状态下的存活时间
5. 时间单位
6. 线程工厂（生产线程）
7. 拒绝策略（线程数达到最大，且阻塞队列已满，新来的任务就执行拒绝策略）

四个拒绝策略：

1. AbortPolicy：抛出异常（默认）
2. CallerRunsPolicy：直接在 execute 方法的调用线程中运行被拒绝的任务；如果执行程序已关闭，则会丢弃该任务
3. DiscardPolicy：直接丢弃，不抛出异常
4. DiscardOldestPolicy：尝试获取最早的线程，如果失败就丢掉任务，不抛出异常

Atomic原子类

具有原子操作特征的类，在JUC.atomic下。

四类原子类

基本类型

• AtomicInteger：整形原子类
• AtomicLong
• AtomicBoolean

数组类型

• AtomicIntegerArray：整形数组原子类
• AtomicLongArray：长整形
• AtomicReferenceArray：引用类型数组原子类

引用类型

• AtomicReference：引用类型原子类
• AtomicStampedReference：原子更新带有版本号的引用类型。该类将整形值与引用关联起来，可用于解决原子的更新数据和数据的版本号，可以解决CAS进行原子更新时可能出现的ABA问题
• AtomicMarkableReference

对象的属性修改类型

• AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新整形字段的更新器
• AtomicLongFieldUpdater：原子更新长整形字段的更新器

使用

public final int get();//
public final int getAndSet(int newValue);
public final int getAndIncrement();
public final int getAndDecrement();
public final int getAndAdd(int delta);
boolean compareAndSet(int expect,int update);//如果当前值为预期值，则设置新值
public final void lazySet(int newValue);//最终设置为newValue，这个方法执行之后可能其他线程在一段时间还是会读到旧的值

以上操作方法都是原子性的，不用加锁也能保证线程安全。

原理

主要利用CAS+volatile和native方法来保证原子操作，从而避免Synchronized的高开销，执行效率提升。

CAS的原理是期望值与原来的值进行比较，相同则更新为新值。Unsafe类的objectFieldOffset（）方法是一个本地方法，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可以保证在任何时刻任何线程总能拿到该变量的最新值。

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）

AQS是一个用来构建锁和同步器的框架。

常用组件：

• Semaphore（信号量）：允许多个线程同时访问某资源
• CountDownLatch（倒计时器）：用来协调多个线程之间的同步，用来控制线程等待
• CyclicBarrier（循环栅栏）：让一组线程到达一个屏障（也叫同步点）时阻塞，直到最后一个线程到达屏障时屏障才会开门。