并发总结-面试宝典

2024-01-03 10:27:19   0  举报





AI智能生成

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。

JUC 并发

java

并发编程

java面试知识点归纳

作者其他创作

大纲/内容

进程线程

区别

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

线程

线程状态

操作系统层面 5种

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

JAVA层面6种

1、NEW

2、Runnable,包括运行，阻塞和可运行状态，

3、WAITING，join,wait方法

4、TIMED_WAITING, sleep（t）方法

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

创建方法

1、new Thread

2、 implements Runnable

3、FutureTask

4、线程池

常见方法

1、join

2、sleep

1、Running进入TIMED_WAITING 2、其他线程可以用interrupt打断正在睡眠的线程

3、yield

让，从Running进入Runnable，具体由操作系统调度系统决定

4、interrupt

打断方法，1、打断sleep,join,wait会清除打断标记,并抛出InterrupedException异常 2、打断park方法会设置打断标记，但是只能生效一次，如果向再次park，必须重新清除打断标记Thread.interrupted（判断并清除打断标记）

5、interrupted

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

线程池

参数

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

拒绝策略

AbortPolicy,抛出拒绝异常，默认策略

CallerRunPolicy，让调用者运行任务

DiscardPolicy,放弃本次任务

DiscardOldestpolicy,放弃队列中最早的任务，本任务取而代之

自定义：实现 RejectedExecutionHandler 接口来创建自定义的拒绝策略

执行步骤

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

设置多少线程合适

CPU密集型

采用CPU核数+1

IO密集型

线程数 = 核数 * cpu利用率 * 总时间/cpu计算时间

压测根据实际情况调整

线程池分类

固定：newFixedThreadPool

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

缓存：newCachedThreadPool

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

优缺点

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

单一：newSingleThreadPool

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。

定时任务：newScheduledThreadPool

DelayedWorkQueue,，无界阻塞队列

定时任务场景

并发导致什么问题

可见性

原子性

有序性

怎么解决并发问题

互斥同步

synchronized

what

又叫对象锁，锁的必须是对象。

可重入

非公平

how：怎么用

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

why: 为什么能实现互斥（原理）

代码示例

用synchronize 反编译后的代码

子主题

结构

对象在jvm 里按三部分存储：对象头，实例及对齐填充。

其中对象头里会存储对象的HashCode，分代年龄和锁标志位信息

monitor对象，管程

1、组成，owner，entrylist，waitset

2、java会为每一个对象关联一个monitor锁对象，当用synchronized关键字给对象上锁后，对象头中的markword就会替换为monitor的地址，monitor中的owner被替换为获取锁的线程，当其他线程来获取锁时，发现owner线程不是自己，会进入entrylist进行等待，waitset是指获取到锁，但是条件不满足进入waitset等待(notiry,wait)

3、字节码层面，monitorenter，monitorexit

图例：

why: 为什么非公平

为什么

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🔐

好处

减少唤醒的开销，吞吐量更大

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。

缺点

线程饥饿

线程5执行完之后来了6 ，导致2 一直无法得到锁

how: 锁优化

为什么要优化

怎么优化

偏向锁

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。

轻量级锁

过程

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

好处

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

重量级锁

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

自旋优化

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

锁膨胀过程

子主题

AQS

（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

ReentrantLock

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

原理

AQS 中维护了一个 FIFO 队列和 volatile 修饰的status，通过CAS修改status 。

图示

要点

1、获取和释放

1、当第一个线程获取锁时，将state替换为1，表示加锁成功，当有其他线程再次获取锁时，尝试获取锁失败，开始尝试加入阻塞队列，addWaiter，进入死循环，再次尝试失败后尝试进入阻塞队列并park当前线程，park前需要保证阻塞队列前一个节点waitStatus 为-1（正常状态为0）,用来唤醒后继节点，当前驱节点状态为-1时，加入阻塞队列并park当前线程，队列头节点默认为null称为dummy哑元或哨兵
2、释放：队列头节点为-1，唤醒unpark下一个节点，并且把当前头节点移除，下一个节点置为null

2、可重入

判断如果是当前线程获取锁，那么state + 1,表示锁重入

3、可打断

1、不可打断模式，当有其他线程打断时，会继续向下运行，return Thread.interrupted, 清除打断标记，会返回aquireQueue方法，只是做了一个打断标记，继续死循环获取锁，直到获得锁以后，返回上一层，才通过打断标记进行自我打断

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

4、公平，非公平

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

5、Condition
每一个条件变量都关联一个等待队列，实现类就是ConditionObject

await

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

signa