多线程八股

多线程

基础

进程和线程

进程：当一个程序被运行，从磁盘加载代码到内存，此时就开启了一个进程

线程：一个进程可以分为多个线程

比较：

1. 进程是正在运行的实例，进程包含线程，每个线程执行不同的任务
2. 不同的进程使用不同的内存空间，一个进程的线程共享内存空间
3. 线程上下文切换代价更低

并发和并行

并发：一个cpu同时处理多个线程

并行：多个线程同时执行

:star:创建线程的方式

• 继承Thread类，重写run()，start()开启
• 实现Runnable接口，重写run()，用Thread()包装，start()开启
• 实现Callable接口，重写call()，用FutureTask()包装，再用Thread()包装，start()开启，get()获取返回值
• 线程池创建线程，将任务submit提交给线程池

Runnable和Callable的区别：

• Runnable接口的run方法没有返回值，Callable接口call方法有返回值
• Callable接口的call方法允许抛出异常，Runnable的run只能catch

start()和run()的区别

start()：启动线程，start方法只能调用一次

run()：要被线程执行的代码

线程状态

public enum State{
    // 新建
    NEW,
    
    // 就绪
    RUNNABLE,
    
    // 阻塞
    BLOCKED,
    
    // 等待
    WAITING,
    
    // 有限时等待
    TIMED_WAITING,
    
    // 终止
    TERMINATED;
}

方法

Thread.join()：等待线程执行完

Object.wait()：放弃锁，在这个锁上等待

Object.notify()：随机唤醒锁上等待的线程

Object.notifyAll()：唤醒当前锁上的所有线程

Thread.sleep()：抱着锁睡眠

Thread.interrupt()：打断线程，被打断的线程如果在阻塞会抛异常；被打断线程没有阻塞，则自己通过interrupt变量判断是否要终止线程

并发安全

锁

synchronized

互斥的对象锁，重量级锁，性能较低，一旦锁发生竞争都会升级为重量级锁

原理

synchronized(lock)中的lock会与Monitor关联（对象的MarkWord指向Monitor）

Monitor监视器：

• WaitSet：在锁上wait的线程
• EntryList：等待锁的线程队列
• Owner：当前锁的持有者

轻量级锁：通过CAS来获取锁；锁对象的MarkWord指向锁记录地址，原来MarkWord的内容放在持有锁线程中

偏向锁：只是在MarkWord中记录一下持有锁线程的id，锁重入时不需要cas

内存模型

JMM（Java Memory Model），定义了共享内存和多线程程序读写操作的行为规范

CAS

Compare And Swap，体现乐观锁的思想，在无锁状态下保证线程操作数据的原子性

// 伪代码
while (true) {
    int 旧值A = 共享变量V;
    int 新值B = 旧值A + 1;
    if (compareAndSwap(旧值A, 新值B)) {		// 比较V的值是否和旧值A相同
        // 成功，退出循环
    }
}
// cas失败则会重试一定次数(自旋)

特点：

• 没有加锁，线程不会阻塞，效率较高
• 若竞争激烈，重试频繁，效率会受影响

底层：

​ 依赖于Unsafe类来直接调用操作系统的CAS指令

使用场景：

• ReentrantLock、AtomicXXX类等

volatile

关键字，被修饰的变量可以保证可见性和防止指令重排序

共享变量不可见的情况：由于一个变量需要读很多次，而每次都读到的同一个值，JIT编译器就会做优化

boolean stop = false;
while(!stop) {		// 这里!stop就可能被优化成true
    i++;
}

// 通过 volatile boolean stop 可以不被优化

指令重排序的情况：编译器优化代码顺序

volatile通过向上的写屏障和向下的读屏障来防止指令重排

AQS

Abstract Queue Synchronized，抽象队列同步器

原理：通过state变量表示锁是否被占用(0 无锁，1 有锁)，线程通过CAS操作来进行修改，没抢到锁的去FIFO队列等待

AQS常见的实现类

• ReentrantLock 可重入锁
• Semaphore 信号量
• CountDownLatch 倒计时锁

线程池

使用场景