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# 相关概念

## Java内存模型（JMM）

Java 内存模型定义了程序中各种变量的访问规则。其规定所有变量都存储在主内存，线程均有自己的工作内存。工作内存中保存被该线程使用的变量的主内存副本，线程对变量的所有操作都必须在工作空间进行，不能直接读写主内存数据。操作完成后，线程的工作内存通过缓存一致性协议将操作完的数据刷回主存。

## as-if-serial

编译器等会对原始的程序进行指令重排序和优化。但不管怎么重排序，其结果和用户原始程序输出预定结果一致。

## happens-before八大原则

- 程序次序规则：一个线程内写在前面的操作先行发生于后面的。
- 锁定规则：unlock 操作先行发生于后面对同一个锁的 lock 操作。
- volatile 规则：对 volatile 变量的写操作先行发生于后面的读操作。
- 线程启动规则：线程的 start 方法先行发生于线程的每个动作。
- 线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生。
- 线程终止规则：线程中所有操作先行发生于对线程的终止检测。
- 对象终结规则：对象的初始化先行发生于 finalize 方法。
- 传递性规则：如果操作 A 先行发生于操作 B，操作 B 先行发生于操作 C，那么操作 A 先行发生于操作 C

## as-if-serial 和 happens-before 的区别

as-if-serial 保证单线程程序的执行结果不变，happens-before 保证正确同步的多线程程序的执行结果不变。

## 原子性操作

一个操作或者多个操作，要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行，这就是原子性操作。

## 线程的可见性

可见性指当一个线程修改了共享变量时，其他线程能够立即得知修改。volatile, synchronized, final关键字都能保证可见性。

## 有序性

即虽然多线程存在并发和指令优化等操作，在本线程内观察该线程的所有执行操作是有序的。

## Java中volatile关键字作用

- 保证变量对所有线程的可见性。当一条线程修改了变量值，新值对于其他线程来说是立即可以得知的
- 禁止指令重排序优化。使用 volatile 变量进行写操作，汇编指令带有 lock 前缀，相当于一个内存屏障，编译器不会将后面的指令重排到内存屏障之前

## Java线程的实现方式

- 实现Runnable接口
- 继承Thread类、
- 实现Callable接口

## Java线程的状态

- NEW：新建状态，线程被创建且未启动，此时还未调用 start 方法。
- RUNNABLE: 运行状态。其表示线程正在JVM中执行，但是这个执行，不一定真的在跑，也可能在排队等CPU。
- BLOCKED：阻塞状态。线程等待获取锁，锁还没获得。
- WAITING: 等待状态。线程内 run 方法运行完语句 Object.wait()或Thread.join() 后进入该状态。
- TIMED_WAITING：限期等待。在一定时间之后跳出状态。调用 Thread.sleep(long) Object.wait(long) Thread.join(long) 进入状态。其中这些参数代表等待的时间。
- TERMINATED：结束状态。线程调用完run方法进入该状态。

## 线程通信的方式

- volatile 关键字修饰变量，保证所有线程对变量访问的可见性。
- synchronized关键字。确保多个线程在同一时刻只能有一个处于方法或同步块中。
- wait/notify方法。
- IO 通信。java.io.PipedInputStream 和 java.io.PipedOutputStream进行通信。

## 线程池

没有线程池的情况下，多次创建、销毁线程开销会比较大。如果在开辟线程池的情况下，线程执行完当前任务后执行接下来任务，复用已创建的线程，降低开销、控制最大并发数。

线程池创建线程时，会将线程封装成工作线程 Worker，Worker 在执行完任务后还会循环获取工作队列中的任务来执行。

将任务派发给线程池时，会出现以下几种情况

- 核心线程池未满，创建一个新的线程执行任务。
- 如果核心线程池已满，工作队列未满，将线程存储在工作队列。
- 如果工作队列已满，线程数小于最大线程数就创建一个新线程处理任务。
- 如果超过大小线程数，按照拒绝策略来处理任务。

## 线程池参数

- corePoolSize：常驻核心线程数。超过该值后如果线程空闲会被销毁。
- maximumPoolSize：线程池能够容纳同时执行的线程最大数。
- keepAliveTime：线程空闲时间，线程空闲时间达到该值后会被销毁，直到只剩下 corePoolSize 个线程为止，避免浪费内存资源。
- workQueue：工作队列。
- threadFactory：线程工厂，用来生产一组相同任务的线程。
- handler：拒绝策略。有以下几种拒绝策略：
  - AbortPolicy：丢弃任务并抛出异常
  - CallerRunsPolicy：重新尝试提交该任务
  - DiscardOldestPolicy 抛弃队列里等待最久的任务并把当前任务加入队列
  - DiscardPolicy 表示直接抛弃当前任务但不抛出异常

## 线程池创建方法

- newFixedThreadPool，创建固定大小的线程池。
- newSingleThreadExecutor，使用单线程线程池。
- newCachedThreadPool，maximumPoolSize 设置为 Integer 最大值，工作完成后会回收工作线程
- newScheduledThreadPool：支持定期及周期性任务执行，不回收工作线程。
- newWorkStealingPool：一个拥有多个任务队列的线程池。

## 阻塞队列

阻塞队列是生产者消费者模式的实现具体组件之一。当阻塞队列为空时，从队列中获取元素的操作将会被阻塞，当阻塞队列满了，往队列添加元素的操作将会被阻塞。具体实现有：

- ArrayBlockingQueue：底层是由数组组成的有界阻塞队列。
- LinkedBlockingQueue：底层是由链表组成的有界阻塞队列。
- PriorityBlockingQueue：阻塞优先队列。
- DelayQueue：创建元素时可以指定多久才能从队列中获取当前元素
- SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列，每一个存储必须等待一个取出操作
- LinkedTransferQueue：与LinkedBlockingQueue相比多一个transfer方法，即如果当前有消费者正等待接收元素，可以把生产者传入的元素立刻传输给消费者。
- LinkedBlockingDeque：双向阻塞队列。

## ThreadLocal

ThreadLocal 是线程共享变量。ThreadLoacl 有一个静态内部类 ThreadLocalMap，其 Key 是 ThreadLocal 对象，值是 Entry 对象，ThreadLocalMap是每个线程私有的。

- set 给ThreadLocalMap设置值。
- get 获取ThreadLocalMap。
- remove 删除ThreadLocalMap类型的对象。

存在的问题

1. 对于线程池，由于线程池会重用 Thread 对象，因此与 Thread 绑定的 ThreadLocal 也会被重用，造成一系列问题。
2. 内存泄漏。由于 ThreadLocal 是弱引用，但 Entry 的 value 是强引用，因此当 ThreadLocal 被垃圾回收后，value 依旧不会被释放，产生内存泄漏。

## 聊聊你对Java并发包下unsafe类的理解

对于 Java 语言，没有直接的指针组件，一般也不能使用偏移量对某块内存进行操作。这些操作相对来讲是安全（safe）的。

Java 有个类叫 `Unsafe` 类，这个类使 Java 拥有了像 C 语言的指针一样操作内存空间的能力，同时也带来了指针的问题。这个类可以说是 Java 并发开发的基础。

## Java中的乐观锁与CAS算法

对于乐观锁，开发者认为数据发送时发生并发冲突的概率不大，所以读操作前不上锁，到了写操作时才会进行判断。数据在此期间如果被其他线程修改，那就返回写入失败；如果没有被修改，那就执行修改操作，返回修改成功。

乐观锁一般都采用 Compare And Swap（CAS）算法进行实现。顾名思义，该算法涉及到了两个操作，比较（Compare）和交换（Swap）。

CAS 算法的思路如下：

1. 该算法认为不同线程对变量的操作时产生竞争的情况比较少。
2. 该算法的核心是对当前读取变量值 E 和内存中的变量旧值 V 进行比较。
3. 如果相等，就代表其他线程没有对该变量进行修改，就将变量值更新为新值 N。
4. 如果不等，就认为在读取值 E 到比较阶段，有其他线程对变量进行过修改，不进行任何操作。

## ABA问题及解决方法简述

CAS 算法是基于值来做比较的，如果当前有两个线程，一个线程将变量值从 A 改为 B ，再由 B 改回为 A ，当前线程开始执行 CAS 算法时，就很容易认为值没有变化，误认为读取数据到执行 CAS 算法的期间，没有线程修改过数据。

juc 包提供了一个 AtomicStampedReference，即在原始的版本下加入版本号戳，解决 ABA 问题。

## 常见的Atomic类

在很多时候，我们需要的仅仅是一个简单的、高效的、线程安全的++或者--方案，使用synchronized关键字和lock固然可以实现，但代价比较大，此时用原子类更加方便。基本数据类型的原子类有：

- AtomicInteger 原子更新整形
- AtomicLong 原子更新长整型
- AtomicBoolean 原子更新布尔类型

Atomic数组类型有：

- AtomicIntegerArray 原子更新整形数组里的元素
- AtomicLongArray 原子更新长整型数组里的元素
- AtomicReferenceArray 原子更新引用类型数组里的元素。

Atomic引用类型有

- AtomicReference 原子更新引用类型
- AtomicMarkableReference 原子更新带有标记位的引用类型，可以绑定一个 boolean 标记
- AtomicStampedReference 原子更新带有版本号的引用类型

FieldUpdater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
- AtomicReferenceFieldUpdater 原子更新引用类型字段的更新器