复习多线程相关知识
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了复习多线程相关知识相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
多线程
操作系统相关
冯诺依曼体系结构
输⼊单元：包括键盘，⿏标，扫描仪，写板等
寄存器：内存
中央处理器（CPU）：含有运算器和控制器等
输出单元：显示器，打印机等
总结：所有设备都只能直接和内存打交道
进程
概念
系统分配资源的最⼩单位，⼀个任务就是⼀个进程
进程的组成
- PID：进程的唯⼀身份标识。
- 进程状态包括： 新建状态 就绪状态 运⾏状态 阻塞状态 销毁状态
- 优先级：决定进程的执⾏顺序。
- 记账信息：为了保证进程执⾏的相对公平。
- 上下⽂：保存本次的执⾏状态，以便下次继续执⾏，整个过程就称之为⼀个上下⽂。
- ⼀组内存：指定进程需要使⽤的资源。
进程状态
- 就绪：进程处于可运行的状态，只是CPU时间片还没有轮转到该进程，则该进程处于就绪状态。
- 运行：进程处于可运行的状态，且CPU时间片轮转到该进程，该进程正在执行代码，则该进程处于运行状态。
- 阻塞：进程不具备运行条件，正在等待某个事件的完成
时间片
任务执⾏的⼀⼩段时间叫做时间⽚，任务正在执⾏的状态叫做运⾏状态，任务暂停叫做就绪状态，就绪状态的任务要等待下⼀个时间⽚。
并发与并行
- 并发：多个进程在一个CPU下采用时间片轮转的方式，在一段时间之内，让多个进程都得以推进， 称之为并发（只有一个资源，轮流执行就叫并发运行）
- 并行：多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行（所有的应用一起运行，就叫并行运行）
内核态与用户态
- 操作系统内核作为直接控制硬件设备的底层软件，权限最高，称为内核态，或核心态。
- 用户程序的权限最低，称为用户态
线程
概念
系统执⾏的最⼩单位，它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。
线程优势
线程的创建和消耗⽐进程成本低很多，效率更⾼，⽽且同⼀个进程中的多个线程是可以共享资源⽂件的，⽽进 程和进程之间是不能共享资源的，因此这就是线程的诞⽣的意义。
共享资源
线程间可以共享的资源：
- 内存可以共享
- 打开的⽂件可以共享
线程间不可⽤共享的资源：
- 线程的上下⽂、状态、优先级、记账信息不共享。
- 每个线程有⼀个栈空间不共享。
进程 vs 线程
1.进程是资源分配的最小单位，线程是系统调度的最小单位
2.一个进程中至少包含一个线程，线程是依附线程存在的，而进程的实际执行单位是线程
3.进程之间不能共享资源，而线程之间可以共享资源
线程的创建方式
- 继承 Thread 重写 run ⽅法实现；
- 实现 Runnable 接⼝重写 run ⽅法实现；
- 实现 Callable 接⼝重写 call ⽅法实现。
线程的构造函数
- 定义线程名称
- 定义线程分组
- 定义线程的任务
常见属性
- 定义优先级(5) 1-10
- 设置线程名称
- 定义线程类型
a）守护线程
b）用户线程
常用方法
- 启动 start / run
- 休眠 sleep
- 等待执行完 join
- 线程通讯 wait / notify / notifyAll | LockSupport park / unpark
- 出让cpu执行权：yiled
注意事项：
a）wait 要配合 synchronized 使用
b）wait 和synchorized 必须要保证是一个对象
start VS run
- run 为普通⽅法，start 启动线程的⽅法；
- run 可以执⾏多次，⽽ start 只能执⾏⼀次；
- start 会开启新线程执⾏，⽽ run 使⽤当前线程执⾏。
wait VS sleep
⼆者的相同点：
- 都可以让线程休眠；
- 都可以响应 interrupt 的响应。
⼆者的不同点：
- wait 必须在 synchronized 中使⽤，⽽ sleep 却不⽤；
- sleep 是 Thread 的⽅法，⽽ wait 是 Object 的⽅法；
- sleep 不释放锁，wait 释放锁；
- sleep 有明确的终⽌等待时间，⽽ wait 有可能⽆限期的等待下去；
- sleep 和 wait 产⽣的线程状态是不同的，sleep 是 TIMED_WAITING 状态，⽽ wait 是 WAITING 状态。
线程终止
- 使用全局变量
- 使用 interrupte() 终止线程
- stop 【已过时】
isInterrupted VS interrupted
- interrupted：静态⽅法，判断当前线程的中断标志位是否设置，调⽤后清除标志位；
- isInterrupted：实例⽅法，判断对象关联的线程的标志位是否设置，调⽤后不清除标志位。
线程状态图
线程安全问题
导致线程不安全的原因
- ① 抢占式执⾏
- ② ⾮原⼦操作
- ③ 内存可⻅性
- ④ 指令重排序
- ⑤多个线程同时修改同⼀个变量
线程安全解决方案
- volatile ：解决内存可见性问题和禁止指令重排序
- 加锁
a）synchronized
b）Lock - ThreadLocal
synchronized
实现原理
- 在操作系统层面来说，它是使用互斥锁来实现的。
- 在JVM层面来说，使用 synchronized 修饰代码的时候会在编译之后在代码的前面和后面加上监视器锁。
- 在 Java 层面来说，他就是将锁信息存在对象头中，每次判断线程 id 和对象头中的锁 id 是否相同，相同则表示为拥有者。
执行流程 / 锁优化
（JDK1.6 后）
四个阶段：
- 无锁：在没有人访问的时候是无锁的
- 偏向锁：第一次有人访问，升级为偏向锁，在对象头中把线程 id 记录到对象头中
- 轻量级锁：如果再次访问的对象不是锁的拥有者，则自旋变为轻量级锁
- 重量级锁：多次自旋还没有得到锁，升级为重量级锁
Lock
lock.lock();
try
finally
lock.unlock()
- lock 放在 try 上⾯；
- finally ⾥⾯⼀定要释放锁。
synchronized VS Lock
- synchronized 是 JVM 提供的解决方案
- synchronized 和 Lock 修饰的代码块范围不同，Lock 只能修饰代码块，⽽ Synchronized 可以修饰⽅法、静态⽅法、代码块；
- synchronized 无需是手动加锁和释放锁，而 Lock 需要
- synchronized 是非公平锁，而 Lock 既可以是公平锁也可以是非公平锁
死锁
定义
死锁是指两个或两个以上的线程在执⾏过程中，由于竞争资源或者由于彼此等待⽽造成的⼀种阻塞的现 象。
条件
- 互斥条件：⼀个资源只能被⼀个线程占有，当这个资源被占⽤之后其他线程就只能等待。
- 请求拥有条件：线程已经拥有了⼀个资源之后，有尝试请求新的资源。
- 不可剥夺条件：当⼀个线程不主动释放资源时，此资源⼀直被拥有线程占有。
- 环路等待条件：产⽣死锁⼀定是发⽣了线程资源环形链。
解决方案
通过破坏条件 ② 或者 条件 ④ 来解决死锁的问题
线程池
使用池化技术来管理线程
优点
- 线程数量和任务数量可控
- 线程池可以友好的拒绝任务
- 可以复用线程
- 线程池拥有更多功能，比如执行定时任务。
创建方式
- 创建固定线程数的线程池；
- 创建带缓冲的线程池；
- 创建延迟任务线程池；
- 创建单个延迟任务线程池；
- 创建单个线程池；
- 根据当前 CPU 和任务创建线程池（JDK 1.8）；
- 原⽣创建线程池的⽅式 ThreadPoolExecutor；
ThreadPoolExecutor
七大参数
- 核心线程数
- 最大线程数
- 最大存活使劲啊
- 存活时间的时间单位
- 任务队列
- 线程工厂（设置优先级、命名规则等）
- 拒绝策略
执行流程
添加一个任务
- 核心线程数未满 —— 创建一个线程执行任务
- 检测任务队列未满 —— 将任务存放到队列
- 最大线程数是未满 —— 创建线程执行任务
- 拒绝策略
拒绝策略
JDK 提供 4 种
- 默认执行策略，不执行任务抛出异常
- 使用主线程执⾏来执行任务
- 放弃任务
- 放弃最老任务
自定义拒绝策略
线程池的状态
- RUNNING -> SHUTDOWN：当调⽤了 shutdown() 后，会发⽣这个状态转换，这也是最重要的；
- (RUNNING or SHUTDOWN) -> STOP：当调⽤ shutdownNow() 后，会发⽣这个状态转换，这下 要清楚 shutDown() 和 shutDownNow() 的区别了；
- SHUTDOWN -> TIDYING：当任务队列和线程池都清空后，会由 SHUTDOWN 转换为 TIDYING；
- STOP -> TIDYING：当任务队列清空后，发⽣这个转换； TIDYING -> TERMINATED：这个前⾯说了，当 terminated() ⽅法结束后。
ThreadLocal
线程级别的私有变量
常⽤⽅法
- set
- get
- remove
- initialValue
- withInitial
典型使⽤场景
- 解决线程安全问题；
- 线程级别的数据传递。
注意事项
- ThreadLocal 使用的时候必须要进行 remove ，否则会造成脏读、内存溢出的问题
- 如果 ThreadLocal 默认情况下线程是得不到父线程的数据的【解决⽅案：InheritableThreadLocal】
实现原理
Thread -> ThreadLocal -> ThreadLocalMap -> Entry -> key,value
ThreadLocal 哈希处理
ThreadLocalMap 使⽤的是开放地址法来解决哈希冲突的，不像 HashMap使⽤的是链表法来解决哈希冲突。
单例模式
- 将构造函数设置成私有
- 创建一个私有的对象
- 创建一个公共提供单例对象的方法
DCL双重效验锁
锁策略
乐观锁
它认为一般情况下不会发生并发冲突，所以只有在进行数据更新的时候，才会检测并发冲突
CAS
”比较并交换“，是乐观锁的一种机制
组成：
V：内存值
A：旧值
B：新值
机制：
V == A ?
true(没有并发冲突) -> V = B :
false(并发冲突) -> A = B , continue
如果内存中的值等于旧值，则没有并发冲突，直接将旧值替换为新值即可
如果内存中的值不等于旧值，则进行自旋，将自己的旧值修改为内存值，然后再次进行比较
ABA问题
解决ABA问题
增加版本号，每次修改之后更新版本号
悲观锁
它认为通常情况下会出现并发冲突，所以它一开始就会加锁
synchronized就是悲观锁
共享锁/非共享锁（独占锁）
共享锁：一把锁可以被多个程序拥有，这就叫共享锁
非共享锁：一把锁只能被一个线程拥有，这就叫非共享锁
共享锁有哪些？读写锁中的读锁
非共享锁有哪些？synchronized锁
读写锁
定义：就是将一把锁分为两个，一个用于读数据的锁（也叫做读锁），另一把锁叫作写锁。
特点：读锁是可以被多个线程同时拥有的，而写锁则只能被一个线程拥有
java中的读写锁：ReentrantReaderWriterLock（默认是非公平的，true-公平）
读写锁的优势：锁的粒度更加小，性能也更高
读写锁中的读锁和写锁是互斥的
公平锁和非公平锁
公平锁：锁的获取顺序必须和线程方法的先后顺序保持一致，就叫做公平锁
非公平锁：锁的获取顺序和线程获取锁的前后顺序无关，就叫做非公平锁（默认所策略）
非公平锁的优点：性能比较高
公平锁的优点：执行是有序的，所以结果也是可以预期的
自旋锁
通过死循环一直尝试获取锁
synchronized (轻量级锁) 是自旋锁
可重入锁
当一个线程获取到一个锁之后，可以重复的进入
代表：synchronized，Lock
JUC 包
- 可重入互斥锁 ReentrantLock
- 信号量 Semaphore -》 实现限流 acquire() 和 release()
- 计数器 CountDownLatch -》 保证一组线程同时完成某个任务 await() 和 countDown()
- 循环屏障 CyclicBarrier -》 可以多次进行计数
HashMap、ConcurrentHashMap 、Hashtable 区别
- HashMap 是非线程安全的容器，他在 JDK1.7 会造成死循环，JKD1.8 会造成数据覆盖；Hashtable 和 ConcurrentHashMap 都是线程安全的。
- Hashtable 实现线程安全的手段比较简单，它是再 put 方法上整体加了一把锁，使用 synchronized 修饰，因此性能不高，所以使用频率比较低；而 ConcurrentHashMap 是 HashMap 在多线程下的替代方案，它在 JDK 1.7 的时候使用的 Lock 加分段锁的方案来实现线程安全问题的保障的，而在 JKD 1.8 的时候使用了大量的 CAS、volatile 来实现线程的，并且在 JDK 1.8 的时候读取的时候不加锁（读取的数据可能不是最新的，因为读取和写入可以同时进行），只有在写的时候才加锁。
以上是关于复习多线程相关知识的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章