多线程

多线程

线程

• 进程与线程
  进程包含了线程。线程的上下文切换成本比进程的低。
  不同进程使用不同的内存空间，同一个进程下的所有线程共享内存空间。

• 并行与并发
  并行：同一时间内多个任务同时进行。
  并发：同一时间内多个任务交替进行。

• 线程同步

  • 目的：保护共享资源 ，防止多个线程同时修改数据导致的竞态条件
  • 核心思想：通过限制对共享资源的并发访问，确保线程安全
  • 常见实现方式：synchronized、Lock、Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier、原子操作

• 线程通信

  • 目的：协调线程间的执行顺序 ，让线程根据特定条件暂停或唤醒
  • 核心思想 ：通过传递信号或数据，让线程在特定条件下等待或继续执行
  • 常见实现方式：wait/notify、Condition、BlockingQueue

• 创建线程的方式

  • 继承Thread类
  • 实现Runnable接口
    • 实现run()方法，无返回值。
    • 不能抛出异常（检查型异常）。
  • 实现Callable接口
    • 实现call()方法，有返回值。
    • 配合FutureTask使用。
    • 可以抛出异常。
  • 使用线程池

• 线程状态

  • 新建
  • 就绪
  • 运行
  • 阻塞：等待资源、等待信号、等待IO操作完成。
  • 等待：线程调用wait()方法。
  • 睡眠：线程调用sleep()方法。
  • 终止

• notify和notifyAll的区别

  • notify：随机唤醒一个正在等待的线程。
  • notifyAll：唤醒所有正在等待的线程。

• wait和sleep的区别

  • wait
    • Object的成员方法。
    • 需要先获得目标对象的锁。
    • 执行后会释放锁。
  • sleep
    • Thread的静态方法。
    • 不需要获得锁。
    • 不释放锁。

• 如果停止一个正在运行的线程？
  interrupt()方法

  • 如果线程处于阻塞状态，则抛出InterruptedException异常。
  • 如果线程处于运行状态，则设置中断标志。

• synchronized关键字的底层原理

  • 由Monitor实现，实现的锁属于重量级锁。
  • 在同步块前后插入了monitorenter和monitorexit
  • Monitor结构
    • WaitSet：关联了调用了wait()方法的线程。
    • EntryList：关联了执行到synchronized代码块的线程（没有持有锁的线程）
    • Owner：当前持有锁的线程。
  • 锁升级：对象头中的MarkWord部分
    • 无锁
    • 偏向锁
    • 轻量级锁
    • 重量级锁：使用Monitor实现，性能较低。

• JMM（Java内存模型）
  JMM将内存分为主内存和工作内存。线程与线程之间是隔离的，交互需要通过主内存。

• CAS
  CAS（比较再交换），体现的是乐观锁的思想，在无锁状态下保证线程操作数据的原子性。

• volatile

  • 禁止JIT对volatile修饰的变量进行优化，让一个线程对共享变量的修改对另一个线程可见
  • 禁止指令重排

• AQS
  AQS（抽象队列同步器）是多线程中的队列同步器，是一种锁机制，作为一个基础框架使用，ReentrantLock通过AQS实现。
  内部维护了一个先进先出的双向队列，存储的是排队的线程。
  对state属性进行CAS操作，保证线程操作数据的原子性。

• ReentrantLock
  主要使用CAS和AQS实现，默认为非公平锁。
  特点：可中断、可以设置超时、可以设置公平锁、可重入、支持多个条件变量。

• synchronized和Lock的区别

  • synchronized
    • 关键字，源码jvm中，使用C++实现
    • 自动释放
    • 悲观锁、互斥、同步、可重入
  • Lock
    • 接口，源码在jdk中，使用Java实现
    • 需要手动释放
    • 悲观锁、互斥、同步、可重入
    • 提供公平锁、可打断、可超时、多条件变量

• 死锁的产生条件

  • 互斥、不剥夺、请求和保持、循环等待
  • 死锁诊断：jps、jstack

• 怎么保证多线程的执行安全？

  • 原子性：synchronized、Lock
  • 内存可见性：volatile、synchronized、Lock
  • 有序性：volatile

线程池

• 线程池的作用
  线程池可以减少频繁的创建线程和销毁线程带来的性能损耗。

• 线程池的核心参数

  • corePoolSize：核心线程数。
  • maximumPoolSize：最大线程数。
  • keepAliveTime：线程空闲时间。
  • unit：时间单位。
  • workQueue：工作队列
  • threadFactory：线程工厂。
  • handler：拒绝策略。

• 线程池的执行原理

  • 如果核心线程数未满，则创建核心线程。
  • 如果任务队列未满，则添加到任务队列中。
  • 如果总线程数小于maximumPoolSize，则创建非核心线程。
  • 如果总线程数大于或等于maximumPoolSize，则执行拒绝策略。
    • AbortPolicy：直接抛出异常。(默认策略)
    • DiscardPolicy：直接丢弃。
    • DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最旧的任务。
    • CallerRunsPolicy：由调用者线程处理该任务。

• 线程池的阻塞队列

  • ArrayBlockingQueue：基于数组的先进先出队列。
    • 强制有界
    • 提前初始化
    • 使用一个锁
  • LinkedBlockingQueue：基于链表的先进先出队列。
    • 无界，可以有界。
    • 插入时初始化
    • 首尾共两个锁
  • SynchronousQueue：

• 如何确定核心线程数？

  • 高并发、任务执行时间短
    • 核心线程数：N+1。减少线程上下文切换
  • IO密集型
    • 核心线程数：2N+1
  • CPU密集型
    • 核心线程数：N+1

• 线程池的种类
  Executors类的静态函数。
  不建议使用，因为等待队列长度默认为Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量请求，导致内存溢出。

  • newFixedThreadPool：固定大小线程池。
  • newSingleThreadExecutor：单线程线程池。
  • newCachedThreadPool：可变大小线程池。
  • newScheduledThreadPool：定时线程池。

• 线程池的使用场景

  • 批量导入
  • 数据汇总
    • 多线程获取不同数据
  • 异步任务
    • 统计数据
    • 保存日志

• CountDownLatch

  • 设置目标数量，主线程调用await()方法，等待其他线程。
  • 其他线程执行完，调用countDown()方法。
  • 数量为0时，主线程继续执行。
  • 不可重复使用。

• CyclicBarrier

  • 设置目标数量。
  • 其他线程执行到某个阶段，调用await()方法，等待其他线程。
  • 数量到达目标数量时，等待的线程继续执行。
  • 可以重复使用。

• semaphore信号量

  • acquire()
  • release()

• ThreadLocal

  • 线程内部存储类，实现资源对象的线程隔离，避免线程争用引发的安全问题。
  • 每个线程维持一个ThreadLocalMap对象，以ThreadLocal对象为key，保存数据。
  • 内存泄露问题：ThreadLocalMap中的key是对ThreadLocal的弱引用。而value是强引用，若未调用remove()，不会被GC回收。

锁的类型

• 乐观锁和悲观锁
• 公平锁和非公平锁
• 互斥锁和共享锁
• 可重入锁和非可重入锁
• 自旋锁、分段锁、死锁