JavaSE多執行緒
鎖的基礎知識：
鎖的型別：
悲觀鎖和樂觀鎖：
樂觀鎖：認為讀多寫少，遇到併發寫的可能性極低，即每次去拿資料的時候認為別人不會修改，所以不會上鎖，但是在更新的時候會判斷在此期間有沒有 人更新這個資料。
判斷依據：在寫時先讀出當前版本號，然後加鎖操作(比較跟上一次的版本號，如果一樣就更新)，如果失敗就重複 讀 -> 比較 ->寫的操作
Java中的樂觀鎖基本都是通過CAS操作實現的，CAS是一種更新的原子操作，比較當前值跟傳入值是否一樣，一樣則更新，否則失敗
CAS:
簡單的來說，CAS有三個運算元，記憶體值 V, 舊的預期值 A,要修改的新值B。當且僅當預期值A與記憶體值V相等時，將記憶體值修改為B，否則返回V。
這是一種樂觀鎖的思路。它相信在它之前沒有執行緒去修改記憶體值
缺點：會發生 ABA問題，即A被修改成B，然後又被修改成A，不能感知到修改
悲觀鎖：認為寫多讀少，遇到併發寫的可能性高，每次在讀寫資料的時候都會上鎖，如果別的執行緒想讀寫這個資料就會block直到拿到鎖
1.Synchronized底層實現(*****):
Java物件頭：鎖的物件儲存在物件頭中，synchronized鎖的是物件
鎖的狀態分為：自旋鎖，偏向鎖，輕量級鎖，重量級鎖）
自旋鎖：加鎖後，只有一個執行緒進入程式碼塊，其他執行緒等待(自旋等待)，為重量級鎖(monitorenter,重量級鎖標誌)
自旋鎖：1.相當於怠速停車，具有不公平性，處於自旋狀態的鎖比重量級鎖(它處於阻塞狀態)更容易獲得鎖
2.自旋鎖不會引起呼叫者立即睡眠，如果自旋鎖已經被別的執行單元保持，呼叫者不放棄處理器的執行時間，進行忙迴圈（自旋），
跑的是無用的執行緒，JDK1.6後預設開啟了自旋鎖，自旋次數預設10次
3.自旋鎖一直佔用CPU,在未獲得鎖的情況下，一直進行執行 - - - 自旋，若不能在很短的時間內獲得鎖，將會使CPU效率降低
自適應自旋：1.減少無用執行緒佔用CPU的問題
2.自旋的時間不再是固定的，由前一個在同一個鎖上的自旋時間及鎖擁有者的狀態來決定。
3.如果在同一個鎖物件上，自選等待剛好成功獲得鎖，並且持有鎖的執行緒正在執行中，那麼虛擬機器就認為這次自旋很有可能會獲得鎖，
將會允許自旋等待更長的時間
重量級鎖(Java頭中的monitorenter物件)：os需要從使用者態 -> 核心態，開銷較大。同一時刻多個執行緒競爭資源
輕量級鎖（CAS操作）：多執行緒在不同時刻訪問共享資源，樂觀鎖的一種
偏向鎖：更為樂觀的鎖，假定從始至終都是同一個執行緒在訪問共享資源
JDK中鎖只有升級過程，沒有降級過程。 無鎖 -> 偏向鎖 -> 輕量級鎖 -> 重量級鎖
鎖消除：消除類似於Vector等執行緒安全集合不存在共享資源競爭時，JVM將程式碼優化，解鎖
2.synchronized 與 ReentrantLock 區別
synchronized：
synchronized是Java中最基本同步互斥的手段，可以修飾程式碼塊，方法，類
在修飾程式碼塊的時候需要一個reference物件作為鎖的物件
在修飾方法的時候預設當前物件作為鎖的物件
修飾類的時候預設當前類的class物件作為鎖的物件
synchronized會在進入同步塊的前後分別形成monitorenter和monitorexit位元組碼指令，在執行monitorenter指令時會嘗試獲取物件的鎖，如果
此物件沒有被鎖，或此物件已被當前執行緒鎖住，則鎖的計數器+1，如果monitorexit被鎖的物件的計數器-1，直到為0就釋放該物件的鎖，由此
synchronized是可重入的，不會將自己鎖死。
ReentrantLock：
除了synchronized的功能，多了三個高階功能
1.等待可中斷 2.公平鎖 3.繫結多個Condition
1.等待可中斷
在持有鎖的執行緒長時間不釋放鎖的時候，等待的執行緒可以放棄等待. tryLock(long timeout,TimeUnit unit)
2.公平鎖
按照申請鎖的順序來一次獲得鎖稱為公平鎖，synchronized的是非公平鎖，ReentrantLock可以通過建構函式實現公平鎖
new ReentrantLock(boolean fair)
3.繫結多個Condition
通過多次newCondition可以獲得多個Condition物件，可以簡單的實現比較複雜的執行緒同步的功能
總的來說，lock更加靈活
二者相同點： Lock能完成synchronized所實現的所有功能
3.Lock(AQS: AbstractQueuedSynchronized 核心概念：一個是表示(鎖)狀態的變數、一個是佇列)
4.Lock與Synchronized的區別
a.synchronized內建關鍵字，在JVM層面實現，發生異常時，會自動釋放執行緒佔有的鎖，因此不會發生死鎖現象。
Lock在發生異常時，如果沒有主動通過unLock去釋放鎖，很可能產生死鎖現象，因此使用Lock時需要在finally塊中釋放鎖
b. Lock具有高階特性: 時間鎖等候，可中斷鎖等候
c.當競爭資源非常激烈時(即有大量執行緒同時競爭時)，此時Lock的效能要遠遠優於synchronized
5.執行緒池
JDK內建的四大執行緒池:
1.建立無大小限制的執行緒池：
public static ExecutorService newCachedThreadPool()
2.建立固定大小的執行緒池：
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
3.單執行緒池
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()
4.建立排程執行緒池
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
執行緒池的三大優點：
a.降低資源消耗：通過重複利用已建立的執行緒降低執行緒建立與銷燬帶來的消耗
b.提高響應速度：當任務到達時，不需要等待執行緒建立就可以立即執行
c.提高執行緒建立的可管理性：使用執行緒池可以統一進行執行緒分配、排程和監控
執行緒池的組成：
1. corePool:核心執行緒池
2. BlockingQueue: 阻塞佇列
3. MaxPool: 執行緒池容納的最大執行緒容量
a. 如果當前執行的執行緒數 < corePoolSize ,則建立新的執行緒執行任務，然後將其放入corePool(需要全域性鎖)
b. 如果當前執行緒數 >= corePoolSize,將任務放入阻塞佇列等待排程執行 (95%)
c. 如果阻塞佇列已滿，則試圖建立新的執行緒來執行任務(需要全域性鎖)
d. 如果建立執行緒後，匯流排程數 > maxPoolSize,則任務被拒絕，呼叫拒絕策略返回給使用者
工作執行緒：
執行緒池建立執行緒時，將執行緒封裝為worker,worker在執行完任務後，還會迴圈從工作佇列中取得任務來執行
手工建立執行緒池的六個引數：
ThreadPoolExecutor tye = new ThreadPoolExecutor(
int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
RejectedExecutionHandler handler
)
1. corePoolSize(核心執行緒池)： 當提交一個任務到執行緒池時，執行緒池會建立一個新的執行緒執行這個任務，即使其他基本執行緒也可以執行這個任務也會建立 新的執行緒，直到當前執行緒池中的執行緒數量大於基本大小
2. BlockingQueue(阻塞佇列)： 用於儲存等待執行任務的阻塞佇列
a. ArrayBlockingQueue: 基於陣列的有界阻塞佇列。按照FIFO對元素排序
b. LinkedBlockingQueue: 基於連結串列的無界阻塞佇列，吞吐量高於 ArrayBlockingQueue
FixedThreadPool(),SingleThreadPool() 都用此佇列
c. SynchronousQueue: 不儲存元素的阻塞佇列，每個插入操作必須等待另一個執行緒移除操作，否則插入操作一直處於阻塞狀態
吞吐量 > LinkedBlockingQueue
cachedThreadPool()採用此佇列
d. PriorityBlockingQueue: 具有優先順序的無界阻塞佇列
3.keepAliveTime(執行緒活動保持時間)： 執行緒的工作執行緒空閒後，保持存活的時間
4.TimeUnit : KeepAliveTime 的時間單位
5.RejectedExecutionHandler（飽和策略）(拒絕策略)：執行緒池滿時無法處理新任務的執行策略
執行緒池預設採用 AbortPolicy (丟擲異常)-----可以省略此引數
6.死鎖的產生原因(四大條件)以及處理方案(銀行家演算法)
a. 互斥條件：程序對所分配的資源進行排他性使用，即一段時間內，某資源只能由一個程序佔用，如果此時還有其他程序請求該資源，則請求者只能等 待
b. 請求和保持條件：即程序已經保持至少保持一個資源，但是還在請求別的資源，但此時別的資源被其他執行緒持有，此時請求程序阻塞，此程序也不 想放棄所持有的資源
c. 不剝奪條件：程序已經獲得的資源，不能被剝奪，只能由程序使用完自己釋放
d. 環路等待條件：在發生死鎖時，必然存在一個競爭資源的環形鏈。即程序集合中 {p0,p1,p2,...,pn},p0等待p1的資源，pn等待p0的資源
銀行家演算法：
是用來避免作業系統出現死鎖的有效演算法
7. volatile 兩層語義 - 懶漢式單例為何使用雙重加鎖
a.禁止指令重排
b.保證記憶體可見性
// 懶漢式單例模式
// 宣告 ： 程式碼中出現的問題前提是 第二行程式碼未被 volatile修飾
public class Singleton{ // 1
private static volatile Singleton singleton; // 2
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){ // 3
// 雙重檢查
if(singleton==null){ // 4 第一次檢查
synchronized(Singleton.class){ // 5 加鎖
if(singleton==null){ // 6 第二次檢查
return singleton = new Singleton(); // 7 問題在這裡
}
}
}
return singleton;
}
}在多執行緒情況下，上面第七行程式碼 singleton = new Singleton(); 建立一個物件分為三步
memory = allocate(); // 1:分配物件的記憶體空間
ctorInstance(memory); // 2：初始化物件
singleton = memory; // 3.設定 singleton 指向 剛分配的記憶體地址
上面三行程式碼可能會被重排序：
memory = allocate(); // 1:分配物件的記憶體空間
singleton = memory; // 3.設定 singleton 指向 剛分配的記憶體地址
ctorInstance(memory); // 2：初始化物件
這裡由一個問題就是，在還沒有初始化物件的時候就將singleton指向了記憶體地址8.NIO(Netty)
NIO如何實現多路複用，BIO,NIO,AIO特點
多路複用：在Java 1.4中引入了NIO框架(Java.nio包)，提供了Channel，Selector,Buffer等新的抽象類，可以構建多路複用的，同步非阻塞IO程式，同時提供了更接近作業系統底層的高效能資料操作方式
AIO：在JDK1.7中，NIO有了新一步改進，既 NIO2 ，引入了非同步非阻塞IO方式，也叫AIO，
非同步IO操作基於事件和回撥機制，可以簡單理解為，應用操作直接返回，不會阻塞在那裡，當後臺處理完成，作業系統會通知相應執行緒進行後 續工作
BIO,NIO,AIO 特點：
BIO：該方式適用於數目比較小且固定的架構，這種方式對於伺服器資源要求比較高，併發侷限於應用中，是JDK1.4以前唯一的選擇，但程式直觀簡單易理解
NIO: 該方式適用於數目比較多且連線比較短(輕操作)的架構，比如聊天伺服器，併發侷限於應用中，程式設計比較複雜，JDK1.4以後支援
AIO: 適用於數目比較多且連線比較長(重操作)的架構，比如相簿伺服器，充分呼叫OS參加併發操作，程式設計比較複雜，JDK1.7開始支援