并发总结-面试宝典
2024-01-03 10:27:19 0 举报AI智能生成
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并发总结-面试宝典;是一个全面的资源，旨在帮助面试者在并发编程领域中取得成功。这本宝典包含了核心概念，如进程、线程、锁、同步、异步、并发模型等，以及它们在不同编程语言中的实现。此外，它还提供了面试中可能遇到的典型问题，以及这些问题的解决方案。通过阅读这本宝典，面试者可以全面了解并发编程，提高面试表现。
作者其他创作
大纲/内容
并发总结
进程是资源分配的最小单位，线程是CPU调度的最小单位
举例：应用程序在电脑上执行是一个进程
区别
1、初始状态，创建线程对象，还未与操作系统线程关联
2、可运行状态(就绪)，可以被调度
3、运行状态，cpu获取了时间片开始执行
4、阻塞状态，调用了阻塞api，如读写文件
5、终止状态
操作系统层面 5种
1、NEW
5、BLOCKED 阻塞状态 JAVA中的阻塞状态是指获取不到锁导致线程无法运行的状态
6、TERMINATED
JAVA层面6种
线程状态
1、new Thread
2、 implements Runnable
3、FutureTask
4、线程池
创建方法
1、join
1、Running进入TIMED_WAITING 2、其他线程可以用interrupt打断正在睡眠的线程
2、sleep
让，从Running进入Runnable，具体由操作系统调度系统 决定
3、yield
4、interrupt
判断是否打断，并清除打断标记，打断正常代码，不会立即中断代码，需要通过判断打断标记来决定是否中断
5、interrupted
常见方法
线程
核心线程数、最大线程数、keepAliveTime(非核心线程的闲置超时时间）、unit时间单位、workQueue阻塞队列、threadFactory线程工厂(可以给线程起名字)、handler拒绝策略
参数
CallerRunPolicy，让调用者运行任务
自定义：实现 RejectedExecutionHandler 接口来创建自定义的拒绝策略
拒绝策略
1、如果线程池中线程数量小于核心线程数，那么新建一个线程
2、如果核心线程数满了，那么进入阻塞队列中
3、如果阻塞队列也满了，看有没有非核心线程（最大线程 - 核心线程），如果有，创建一个线程执行
4、如果线程也满了，那么使用拒绝策略
执行步骤
采用CPU核数+1
CPU密集型
线程数 = 核数 * cpu利用率 * 总时间/cpu计算时间
IO密集型
压测根据实际情况调整
设置多少线程合适
核心线程 = 最大线程，没有应急线程，无限制阻塞队列LinkedBlockingQueue
适用线程数已知，相对耗时的稳定任务
固定：newFixedThreadPool
核心线程为0，全部是应急线程，最大线程数是 Integer.MAX_VALUE，队列是同步队列SynchronousQueue，队列不放任何元素，没有容量，没有线程来去是放不进去元素的
适用于短生命周期/ 非高并发的异步任务
不适用于长时间运行的任务
内存占用问题： 由于线程数没有上限，如果短时间内提交了大量的任务，可能导致大量线程同时存在
优缺点
缓存：newCachedThreadPool
核心线程数 = 最大线程数 = 1，LinkedBlockingQueue
按照任务的提交顺序执行任务，并且同一时间只有一个任务在执行。避免了线程的创建和销毁开销，同时保持了任务的有序执行。
单一：newSingleThreadPool
定时任务场景
定时任务：newScheduledThreadPool
线程池分类
线程池
进程线程
可见性
原子性
有序性
并发导致什么问题
又叫对象锁，锁的必须是对象。
可重入
非公平
what
1、普通方法，对当前实例对象this加锁
2、代码块，指定一个加锁的对象，给对象加锁
3、静态方法，对当前类的Class对象加锁
how：怎么用
子主题
用synchronize 反编译后的代码
代码示例
其中对象头里会存储对象的HashCode，分代年龄和锁标志位信息
对象在jvm 里按三部分存储：对象头，实例及对齐填充。
1、组成，owner，entrylist，waitset
3、字节码层面，monitorenter，monitorexit
图例：
monitor对象，管程
结构
why: 为什么能实现互斥（原理）
公平与非公平的区别就在于 新来的线程是直接排队，还是先去获取锁🔐
为什么
这是因为唤醒线程2会有很大的开销，因为程序的执行大部分都很快，很可能在唤醒线程2之前，线程5就已经执行完毕了，所以按照非公平策略的逻辑，这里会让线程5先获取到锁，相比于等待线程2唤醒的漫长过程，直接执行线程5效率会更高，这是一个双赢的局面。
减少唤醒的开销，吞吐量更大
好处
线程5执行完之后来了6 ，导致2 一直无法得到锁
线程饥饿
缺点
why: 为什么非公平
为什么要优化
当一个线程访问同步块并获取锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID，只有第一次通过CAS将对象头中的thread设置为当前线程。以后该线程在进入和退出同步块时不需要进行CAS操作来加锁和解锁。只需要简单的测试一下对象头的Mark Word里是否存储着指向当前线程的偏向锁。如果成功，表示线程已经获取到了锁。
偏向锁
1、当有线程竞争，交替获取锁时，从偏向锁升级为轻量级锁。
2、轻量级锁，线程会在栈中创建一个锁记录（lock record 地址，对象引用），线程会让对象引用指向锁的对象，同时让lock record地址和对象头中的markword进行CAS原子交换，如果交换成功，说明加锁成功，如果失败可能锁重入，也可能时有竞争
3、轻量级锁重入，当同一线程再次加锁时，会在栈中再次创建一个锁记录，lock record地址为null，作为锁重入计数，退出代码块时，如果所记录中lock record地址为null表示锁重入，重置锁记录，计数-1，最终交换对象头，解锁
过程
对在大多数情况下同步块并不会有竞争出现提出的一种优化。它可以减少重量级锁对线程的阻塞带来的线程开销。从而提高并发性能。
JDK 1.6之后引入的轻量级锁
轻量级锁
当获取轻量级锁中发生竞争，锁膨胀为重量级锁，将对象头中lockrecord 地址替换为minitor锁对象地址，monitor中owner线程为当前线程，竞争锁的线程进入entrylist阻塞队列
由于线程进入阻塞队列会发生上下文切换，影响效率，所以进入阻塞队列前会自旋获取锁，如果之前线程已经释放锁，那么便不再进入阻塞队列，直接获取锁
自旋优化
重量级锁
锁膨胀过程
怎么优化
how: 锁优化
synchronized
（AbstractQueuedSynchronizer）抽象队列同步器，是java.util.concurrent包下大多数同步器实现的基础
基于AQS，可重入，可公平可非公平，默认非公平，可设置锁超时时间
AQS 中维护了一个 FIFO 队列 和 volatile 修饰的status，通过CAS修改status 。
图示
外框
原理
1、获取和释放
2、可重入
2、可打断模式，park时，如果有其他线程打断，直接抛出打断异常
3、可打断
1、非公平锁，先去尝试获取锁，失败后再加入阻塞队列
2、公平锁，先判断阻塞队列有没有前驱节点，有就加入队列
4、公平，非公平
当线程获取锁后，不满足条件后，调用await，进入等待队列中，Node状态为-2
await
正在执行的线程满足一定条件后，唤醒等待队列中的线程，通过transferForSignal将线程从等待队列中加入阻塞队列中开始去竞争锁
signa
与wait/notify 的区别
5、Condition每一个条件变量都关联一个等待队列，实现类就是ConditionObject
要点
ReentrantLock
1、不可以升级获取锁，先获取了读锁，不能再获取写锁，先获取了写锁，可以再获取读锁
state高16位表示读锁，低16位表示写锁，读锁进入阻塞队列会标明SHARED，多个读锁线程会同时被唤醒，写锁进入阻塞队列标明位EXCLUSIVE独占锁
唤醒锁时，先把node节点状态从-1改为0，表示加锁，让其他线程先不要修改
读写锁ReentrantReadWriteLock
拦截线程数达到一定计数时执行action
可重复使用
不阻塞主线程
CyclicBarrier
构造函数用来初始化计数器，countdown计数减一，await等待计数为0时开始执行
不可重复使用
阻塞主线程
CountDownLatch
信号量，可以做流量控制，用来限制同时访问共享资源的线程上限
Semaphore
AQS
其中有序性是针对单线程内指令重排，并不能保证多线程下的原子性
1、保证可见性和有序性
1、写屏障，写指令之后加入写屏障，保证在此之前的写操作都已经同步到主存，同时确保写屏障之前的代码不会排在之后
2、读屏障，读指令之前加入写屏障，保证在此之后读取的数据都是从主存中获取的，同时确保读屏障之后的代码不会排在之前
2、原理是通过读写屏障实现
volatile
互斥同步
Atomic 类
2、原理，底层实现是通过 lock compxche指令，锁住总线，保证交换的原子性
3、CAS实现离不开volatile，要保证变量的可见性才能保证获取到变量的最新值
可以实现无锁，无阻塞并发，适用于线程少，多核CPU的场景下
4、特点
通过版本号解决，AutomicStampedRefrence
ABA问题
CAS
非阻塞同步
无同步方案
怎么解决并发问题
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