JAVA并发编程

执行多个命令语句时，要么都执行成功要么都执行失败。

一个线程对共享资源的修改能够及时被其他线程感知到。

JVM在对程序编译时，出于对性能的考虑，在单线程执行且保证最终结果正确的情况下，对程序指令进行重排。
但如果是多线程就不能保证程序的准确，所以多线程情况下需要程序上禁止指令重排，保证指令的有序性。

一个线程修改了自己工作内存中的值，会被立即刷新到主存中。其他线程使用到该值时会重新从主存中读取。参考：MESI协议

编译器不再做指令重排优化

JAVA提供的一种内置锁，它是一种对象锁，锁的是一个对象。用来解决并发安全问题。

加在类的静态方法上

加在实例对象方法上

加在同步代码块上

synchronized锁实现原理

synchronized锁升级

Lock是JAVA JUC并发包下锁的顶层接口，它规定了锁实现的标准。如：Lock ()、unloc()加解锁等API

什么是AQS框架

AQS核心组件

什么是ReentrankLock

ReentrantLock 使用

ReentrantLock与synchronized 比较

ReentrantLock 实现原里

什么是ReentrantReadWriteLock读写锁

ReentrantReadWriteLock使用

多个线程或进程在竞争资源或者通信过程中造成的一种阻塞现象，该阻塞在没有外力的作用下将无法推进下去，永久阻塞。

线程死锁示例

互斥条件

请求与保持条件

不可被剥夺条件

循环等待

加锁时尽量加上超时时间

多个功能尽量避免使用同一把锁

加锁的粒度要小，降低同步代码块锁的范围

ConcurrentHashMap 是并发条件下一种高性能HashMap容器，开发中如果在并发环境下需要使用到Map容器优先使用ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是线程安全容器，HashMap是线程不安全容器

ConcurrentHashMap与HashTable 都是线程安全的，他们实现线程安全的方式不一样，HashTable 通过在方法上加synchronized 同步锁保证线程安全。ConcurrentHashMap通过 CAS操作+synchronized 实现线程安全。

ConcurrentHashMap保证线程安全分为两种情况：存在Hash冲突和不存在Hash冲突的情况

CopyOnWriteArrayList 是 基于 写时复制机制实现的并发安全容器，对数据的写操作时，复值出底层数组副本，在新副本上进行操作，最后再覆盖旧数组。到达提高性能的目的

优点

缺点

ThreadLocal 是一个本地线程副本变量工具，它会再每一个线程中创建一个ThreadLocalMap,每个线程可以访问自己内部的ThreadLocalMap ,避免了资源共享

在线程中使用了TreadLocal 没有及时调remove() 方法来清除它，那么ThreadLocal 变量将一直存在于内存中，只到线程被回收。如果线程是一个定时线程、或者一个守护线程永远不会被关闭，就 很有可能找出内存泄露。在使用ThreadLocal 后需要及时对ThreadLocal进行清理。代码开发中最好在finally 中对ThreadLocal 进行清除

ThreadLocal 使用示例：MySQL 连接管理

阻塞队列除普通队列的特性先进先出外，额外加了两个特殊操作： 队列为空时，阻塞等待队列中有数据了才能执行读操作。队列满时需要等待队列可写（队列不满），才能往队列中放入数据。常用在生产者—消费者模型， 生产者写队列，消费者读队列。队列为满时消费者阻塞写，队列为空时生产者阻塞读。

阻塞队列基于AQS框架列实现

ArrayBlockingQueue

LinkedBlockingQueue

PriorityBlockingQueue

DelayQueue

LinkedTransferQueue

LinkedBlockingDeque

单个任务执行时间短

需要处理的任务量大

线程可重用

减少线程创建带来的性能开销

线程同一管理，提高可维护性

execute(Runnable) : 提交线程任务，无返回值。

shutdown() :  调用该接口时，停止接收提交的任务，但会继续执行已提交的任务

 shutdownNow(): 停止接收提交的任务，也会终止正在执行的任务。

isShutdown(): 测试线程池状态，是否处于SHUTDOWN状态

isTerminated(): 测试线程池状态，是否处于TERMINATED状态。

submit(T ?):  提交线程任务，有返回值。

corePoolSize ： 核心线程数，当核心线程为满时，提交任务优先创建核心新线程去执行

maximumPoolSize ： 最大线程数，核心线程+ 非核心线程 。 当核心线程和阻塞队列满时，才去创建非核心线程执行任务。

keepAliveTime ： 线程空闲最大存活时间，默认是非核心线程存活时间。设置allowCoreThreadTimeOut(true);允许核心线程超时关闭。

TimeUnit unit ： 超时时间单位。

workQueue ： 阻塞队列，核心线程达到设置值后再提交任务将放入阻塞队列，常用的阻塞队列有ArrayBlockingQueue/LinkedBlockingQueue/priorityBlockingQueuq/SynchronousQueue

threadFactory ： 创建线程的工厂，默认使用defaultThreadFactory，可以重写线程工厂创建线程的方法实现自定义创建线程

handler ： 拒绝策略，当核心线程数，最大线程数、和阻塞队列任务都满时，在提交任务将走拒绝策略。默认是抛异常。线程池提供了四种拒绝策略

流程图

1.获取ctl ，其中保存着线程状态和当前线程数量获取当前线程数量workerCountOf(c) ，
2.判断当前线程数量是否小于核心线程。如果当前线程池中的线程数量小于核心线程数，创建核心线程执行提交的任务。addWorker(command, true)
3.如果当前线程池中的线程数量大于核心线程数，workQueue.offer(command)，将任务放到阻塞队列中。
4.如果队列放满时，创建非核心线程执行任务addWorker(command, false)
5.如果非核心线程放满时，执行拒绝策略reject(command);

1.  线程池中创建的线程在执行完任务后都阻塞在阻塞队列中

2.  非核心线程或核心线程的超时关闭，也是借助阻塞队列的超时机制实现

3. 实现线程的复用

1.execute() 接收Runable 接口线程任务，没有返回值，不能拿到线程执行结果
2. submit() 接收 Runable 接口任务，或者 Callable 类型的任务。返回Future对象，可以拿到线程执行结果

ScheduledThreadPoolExecutor  是基于ThreadPoolExecutor实现的定时延迟池，用来执行循环定时任务或者延时任务。它没有非核心线程概念，不提供最大线程数参数。它的阻塞队列是自己实现的DelayedWorkQueue，不支持阻塞队列选择。

延时队列，这个队列是定时线程池里自己实现的一个延时等待队列。对入队的任务按照时间的顺序进行排队，越先入队的任务时间越靠前，当线程从队列中获取任务执行时，其获取的任务就是等待最久的任务。

ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) ： 指定corePoolSize 执行任务的线程数

ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,ThreadFactory threadFactory)； threadFactory ：指定 corePoolSize 执行任务的线程数和创建线程的线程工厂

ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,RejectedExecutionHandler handler)；指定 corePoolSize 执行任务的线程数 和 handler 拒绝策略，更普通线程池拒绝策略一致

d.ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler); 指定 corePoolSize 执行任务的线程数、创建线程的线程工厂、handler 拒绝策略

schedule(Runnable command,long delay, TimeUnit unit)； command 任务，delay 首次延时执行时间，unit 时间单位

scheduleAtFixedRate(Runnable command,long initialDelay,long period, TimeUnit unit)； initialDelay 首次执行延时时间，period 循环执行延时时间，任务执行完后如果任务执行时间大于period时间，立即执行线程否则等待到period时间执行

scheduleWithFixedDelay(Runnable command,long initialDelay,long period, TimeUnit unit)； 与 上面不同在于，不管任务执行了多久，任务执行完后都会延时period 时间单位执行

用提交的任务创建ScheduledFutureTask任务，在ScheduledFutureTask设置延时时间，定时时间

将ScheduledFutureTask放入 DelayedWorkQueue 延时队列

创建工作线程Worker，从队列中获取任务。如果队列中的任务时间到期可以获取到任务。如果未到期阻塞线程

执行从队列中获取的任务，执行完成后重设定时时间

newSingleThreadExecutor

newFixedThreadPool

newCachedThreadPool

newScheduledThreadPool

FutureTask是一个异步计算任务，它可以接收继承了Callable接口的任务。它可以对这个异步任务进行等待获取结果、判断是否已经完成、结束任务等操作。只有线程执行完成才能获取结果，否则会一直阻塞等待直到获取到结果。

CountDownLatch可以看成一个控制并发的工具类，用于一个线程等待其他线程执行完成后，这个线程才恢复执行。

CountDownLatch 是基于AQS  共享模式实现的线程通信工具。
1. latch = new CountDownLatch(5)  ， 会将内部的状态器state 设置为5 
2. latch.await();  此时如果 state ！= 0 ， 就会阻塞当前线程
3. latch.countDown(); state 会减一，直到state 为0 ，然后唤醒阻塞在队列中的线程，吃啥state == 0, 第2步就不会阻塞，继续执行下去

CyclicBarrier 也是基于AQS 共享模式实现的线程通信工具，它的用法和 CountDownLatch相反。可以理解为是一个线程屏障，当一组线程到达CyclicBarrier 时会被阻塞，直到线程数达到CyclicBarrier 设置的预期阈值时，同时放行阻塞线程。

1. CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5); 初始化 栅栏屏障，线程阈值为5
2. barrier.await(); 添加屏障，现在到达该屏障会被阻塞，直到阻塞线程数到达初始化栅栏屏障阈值，放行线程

Semaphore 信号量，也是基于AQS共享模式实现，它允许指定个数的多个线程同时访问资源。常用来作为并发限流操作。

CAS 比较与交换，在JAVA中是乐观锁的实现方式，即通过自旋非阻塞的方式不断尝试获取资源。在一定条件下CAS性能是优于直接加悲观锁的，CAS常常用来优化锁操作，如synchronized。

CAS的操作通过对三个值修改实现。内存位置（V）、预期值（A）、新值（B） 。如果内存位置上的值和预期值一致，就将内存位置中的值修改为新值 

ABA问题： 线程 thread1 和线程 thread2 对内存中的值进行修改，它们的预期值都是 A ， 线程 thread1 先将 值修改为了 B，但是很快又被它修改成了 A。此时Thread 2 再来修改时，是可以修改成功的。举个实际例子： A 到银行存了10万块钱，但是银行员工B私自挪用了这一笔钱用来炒股赚了20万，B把A的10万块还上了。A第二天查询余额10万没有变，A就认为钱没有问题，但实际中间是存在问题的，B涉嫌违法了。

ABA问题怎样解决

AtomicInteger（基本类型）

AtomicIntegerArray（数组）

AtomicReference（引用）

AtomicStampedReference（引用代标记解决ABA问题）

AtomicIntegerFieldUpdater （更新字段）