写在前面

JUC

锁

Sychronized

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  • 写在哪？

    • 静态方法，锁的是类对象（class）

    • 成员方法，代码块，锁的是对象本身（this）

  • 同步原理：临界区代码不受CPU时间片轮换的影像，就是不切换线程的上下文

  • JVM层面的加锁解锁，moniterenter、moniterexit、ACC_SYCHRONIZED,代码块上就是moniterenter和moniterexit两个原子操作，方法上好像是ACC_SYCHRONIZED

  • 操作系统层面，调用的是其Monitor锁对象，所以当真正锁住时，是操作系统级别的

  • Monitor锁对象中存在waitSet和entrySet两个队列，以及owner拥有锁
    对象头中的markword32位，低两位是锁标识，无锁01，轻量级00，重量级10
    每个对象可以拥有一个minitor

  • 过程：当第一个线程到达临界区，会把对象头中markword锁标识置为重量级锁，将对象头前面地址指向monitor，monitor对象中的owner则指向当前线程，然后进入临界代码区。多个线程的话，会进入到entryset中阻塞住，然后被唤醒时会进入waitset进行等待。

  • 锁优化

    • 轻量级锁

      • 锁标识00

        第一个线程先到达，将锁标志位置为轻量级锁，然后将栈帧中开辟一个锁记录的空间，存放对象头内容，然后将锁记录的地址存放到对象头，这样就完成了线程与锁对象的关联。
        当第二个线程到达时，先判断锁标识
        如果有轻量级锁，再判断是不是当前线程自己内部的锁记录，是就在创建一个锁记录地址存null，这就支持了可重入特性
        如果不是当前线程，则自旋等待，多次尝试超过一个阈值次数，还是失败，就进入重量级锁加锁流程
        如果没有锁

    • 偏向锁

      • 锁标识01，bias_lock偏置锁标识1

现在加锁默认是加偏向锁，偏向锁标志位置为1，然后前面的几位存放偏向线程的信息

Volatitle

  • 内存屏障

    • 防止指令重排

      StoreStore 写写屏障
      StoreLoad 写读屏障
      LoadLoad 读读屏障
      loadStore 读写屏障

    • 解决多线程读写数据可见性

      遵循happensBefore原则中的volatile读原则，每次单个线程修改volatile修饰的数据后，其他线程拿到的数据就会失效，需要去共享内存中获取

      • Lock指令：将当前处理器缓存行的数据写回到系统内存
      • Lock指令：写回内存的操作会使在其他 CPU 里缓存了该内存地址的数据无效。

  • 先行原则 happens-before

    七大原则

    • 程序顺序远测
    • 锁原则
    • volatile变量原则：如果一个线程先去写一个volatile变量，那么他必须先去读这一个变量，所以，再任何情况下volatil修饰的变量的值再修改时都是对其他线程可见的
    • 线程启动原则
    • 线程终止原则
    • 传递性原则
    • 终结原则
    • 原则定义上：确保可见性

ReentrantLock

Reentrantlock与AQS

  • 功能及关系：可重入锁、可设置为公平锁和非公平锁、AQS是一个实现ReentranLock的关键组件，r锁中sync继承了AQS

  • AQS

    • AQS全程AbstractQueuedSynchronizer 这个类是JUC实现Lock和同步器的关键组件，其核心思想就是，对于请求的资源空闲时（state = 0），将请求线程设置为共享线程，然后将共享资源设置为锁定状态（state > 0），如果资源被占用了，就设计出CLH队列，双向虚拟队列用来“存储”这些获取锁失败的线程。CLH本质上使用内部的Node类来实现锁的分配，Node内部比较关键的几个属性，waitStatus标识当前节点状态，为1时是线程被取消了，state（为0是标识当前资源空闲，等于1标识被独占了，大于1标识被重入了，在设置该值的时候，AQS提供了CAS的方法去设置该值），shared，exclusive，表示当前节点的状态共享、独占，独占表示只有一个线程能执行，并且有fair和NonFair两种方式，如借助其实现的ReentranLock，而共享表示有多个线程可同时执行。关于自己设计自定义同步器的话，重要的是tryAcquire() releaseAcquire()，其实就是对共享状态state的获取和释放，其底层采用模板方法设计模式，提供模板方法给子类去实现，如果没记错的话，有五个，独占获取和释放，共享获取和释放，以及isHeldExclusively()当前线程是否正在独占资源。

    • 当然AQS中还有一个ConditionObject，等待队列，用于放执行了condition.await()后等待的线程，并且同一个锁可以有多个condition，例如在R锁中是lock.newCondition()来使用这个condition.await()与object的await()的主要区别有,其可以设置多个等待队列，可以理解为创建多个休息室，然后让不同类型的线程进入不同的休息室等待，当被唤醒时，加入到阻塞队列后面去排队。

    • 状态 Node.waitStatus 1 -1 -2 -3，小于0表示需要唤醒后继节点

    • CLH队列，虚拟的双向队列 存储获取锁失败而阻塞的线程

    • 锁状态 Node.state 为0表示当前锁状态为未加锁，为1表示加锁了， 大于1则是重入了

    • 继承了AbstractOwnableSynchronizer，来设置独占资源线程和获取独占资源线程

  • 非公平锁NonFairSyn 和 FaitSync公平锁的区别

    公平锁只要资源被其他线程占用，该线程就会添加到sync queue中的尾部，而不会先尝试获取资源。这也是和Nonfair最大的区别，Nonfair每一次都会尝试去获取资源，如果此时该资源恰好被释放，则会被当前线程获取，这就造成了不公平的现象，当获取不成功，再加入队列尾部

关于wait，sleep，notify notifyAll，Signal，SignalAll以及Sychronized和ReentrantLock相关理论阐述！

  • 首先，wait是Object的final方法，调用后呢会释放对cpu的占用，进入到阻塞队列，sleep是Thread线程类的静态方法，调用之后，睡眠一段时间，但是不会释放对cpu的占用其次，wait方法就是必须和sychronized一起使用，每个对方被sychornized锁住的时候，都会产生一个monitor对象，先进来的线程，会将自己的线程信息，比如id存放到monitor对象上的owner属性，这样标明目前被谁占用，另外当有调用wait()方法时，会进入到_WaitSet等待集合中，调用signalAll就会唤醒线程，去争抢锁，如果失败了，就会进入阻塞队列_EntryList上。而ReentrantLock是和Conition配合使用，可以产生多个condition对象，这就相当于是多个等待室，condition.await()会进入到对应的等待室，然后在调用condition.signal()或者condition.signalAll()唤醒等待。

JMM内存模型

功能：定义了线程与主内存之间的抽象关系，是一种控制Java线程之间的通信的规范，用于解决多线程中存在的问题,JMM 说白了就是定义了一些规范来解决这些问题，开发发者可以利用这些规范更方便地开发多线程程序

线程与内存关系：每个线程都拥有自己的工作内存，所有的数据都保存在主内存

解决CPU多级缓存，JIT即时编译器、处理器自身优导致的重排序导致的内存访问问题，大抵就是并发编程问题（三个问题）

内存模型实现

  • 可见性：Java 中的 Volatile 关键字提供了一个功能，那就是被其修饰的变量在被修改后可以立即同步到主内存。
  • 有序性：Volatile 关键字会禁止指令重排。Synchronized 关键字保证同一时刻只允许一条线程操作
  • 原子性：提供了两个高级的字节码指令 Monitorenter 和 Monitorexit

TreadLocal

功能：当多个线程要访问某个变量时，让每个变量保存单独的一份变量副本

描述：灭个thread内部会拥有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap，然后其key是ThreadLocal对象且是weakReference

实现

  • hash

    • 使用斐波那契数进行散列，容量capacity为2的次方，这样减1与hashcode进行与操作，达到和取模同等效果，但是会更快
    • 通过散列探测清理解决冲突，不是用链表

  • threadLocalMap

    • 内部entry[] table数组
    • 扩容阈值：2/3, 初始大小16（默认）
    • 扩容机制：达到2/3进行rehash，会进行清理，然后当清理后的长度等于数组的一半：ken*2/3 *3/4
    • 探测式清理 与 启发式清理

内存泄漏

  • 问题：Entry继承了WeakReference，ThreadLocal对象key的弱引用，而外部存在对ThreadLocal的强引用，当失去强引用，并且进行了GC回收，那么就有可能出现内存泄漏，就是因为其value作为强引用没有被回收，但是其实就算Entry的key是强引用，GC时不回收key，那么这个entry也不会被回收，长时间也会导致内存泄漏，本质原因，其实是因为ThreadLocalMap和Thread的生命周期是一致的。
  • 解决：set的时候是会进行key值为null数据进行清理，使用完没有remove有内存泄漏的风险，使用的时候也尽量不要存大对象

使用场景：作为用户登录进来后，在当前会话内保存用户的信息，token当然是存储在redis中的

线程池

核心属性

  • corePoolSize 核心线程数

  • maxPoolSize 最大线程数

  • keepAliveTime：等待时间

  • blokingQueue

    • ArrayBlockingQueue(数组结构的有界阻塞队列，按FIFO排序)
    • LinkedBlockingQueue（链表结构的阻塞队列，FIFO）
    • SynchronousQueue（不存储任务的队列，需要等待移除操作后，才能插入新的，不然插入操作会一直阻塞）
    • PriorityBlockingQueue（具有优先级的无界阻塞队列）

  • handler 拒绝策略

    • 直接拒绝，并抛出异常（RejectedExecutionException）AbortPolicy（默认）
    • 直接丢失任务DiscardPolicy
    • 丢出队首的任务,并执行当前的任务 DiscardOldestPolicy
    • 用调用者所在的线程运行当前任务 CallerRunPolicy

三种线程池

  • newFixedThreadPool: core = max即使线程池没有执行的任务也不会即使释放，因为其阻塞的队列采用的LinkedBlockingQueue，无界队列所以拒绝策略会失效
  • newSingleThreadExecutor:程池中只有一个线程，如果一个线程异常结束，会创建新的线程出来，唯一的线程可以保证按顺序执行，并且阻塞队列采用的是LinkedBlockingQueue，所以不会拒绝
  • newCachedThreadPool：线程池中的最大线程数为Integer.MAX_VALUE，阻塞队列采用的是SynchronizeQueue，如果线程空闲时间超过等待时间就销毁，当有新任务进来时，如果存在空闲进程读取队列，则交给该线程执行，如果线程都正在执行的任务，就直接创建新线程执行该任务，因为空闲后超过一定时间，就会被销毁。

功能：避免无限制的去创建线程，结束后销毁线程，所造成的资源消耗，提高线程的可管理性。

线程与进程

  • 进程是资源分配的最小单位，线程是cpu调度的最小单位，以java为例，main函数启动了一个JVM进程，而main函数所在的线程就是主线程
  • 线程比进程更轻量，同一进程的线程切换比进程间切换快，因为共享了一些内存
  • 再Java的Jvm中，像堆和方法区这些就是进程内线程共享的，而虚拟机栈，本地方法栈，程序记数器就是线程私有的