程序、執行緒

程序和執行緒的狀態

• 程序：建立、就緒、執行、阻塞、終止
• 執行緒：就緒、執行、阻塞
  

實現多執行緒的幾種方式

• 繼承Thread類建立執行緒
• 實現Runnable介面建立執行緒
• 實現Callable介面建立新執行緒(可用Future返回結果)

各種比較

sleep()和wait()，yield()和notify()

• sleep()是Thread類的一個靜態函式，它會使呼叫執行緒睡眠(阻塞)一段時間，讓其他執行緒有機會繼續執行，但它不釋放鎖。
• wait()是Object類的方法，它會使當前執行緒阻塞，直到呼叫notify()，則被喚醒，它會釋放鎖。
• yield()是Thread類的方法，它會使執行中的執行緒重新變為就緒狀態，讓同優先順序執行緒重新競爭。
• notify()是Object類的方法，它會喚醒單個執行緒。

synchronized和volatile的區別

1. synchronized是Java中的關鍵字，是一種同步鎖。有如下幾種用法：

   //1. 修飾方法(方法鎖)
   public synchronized void syncMethod() {
       //doSomething
   }
   
   //2. 修飾程式碼塊(物件鎖)
   public int synMethod(int arg){
       synchronized(arg) {
           //doSomething
       }
   }
   
    //3. 修飾類(類鎖)
   public class SyncClass
    
    {
       public void method() {
           synchronized(SyncClass.class) {
               //doSomething
           }
       }
   }
   

   鎖的級別有物件級別和類級別，1和2屬於物件級別，3屬於類級別

2. volatile 關鍵字的作用是禁止指令的重排序，強制從公共堆疊中取得變數的值，而不是從執行緒私有的資料棧中取變數的值。volatile與synchronized的區別如下：

   比較點	volatile	synchronized
   阻塞	不會發生執行緒阻塞	會發生執行緒阻塞
   修飾	變數	方法、程式碼塊、類
   原子性	不能保證	可以保證
   安全性	非執行緒安全	執行緒安全
   解決問題	變數在多執行緒之間的可見性	多執行緒之間訪問資源的同步性

sychronized、Lock

ThreadLocal

  設計理念是為了減少同一個執行緒內多個函式或者元件之間一些公共變數的傳遞的複雜度。作用是提供執行緒內部的區域性變數，這些變數在多執行緒環境下訪問(get/set)時能保證與其它執行緒裡的變數相對獨立。打個比方，多人(多個執行緒)使用自己的交通卡(執行緒私有變數)乘公交轉地鐵(兩個函式)。
  注意：使用 ThreadLocal 時要保證能夠管理它的建立、銷燬，否則會出問題。因為 ThreadLocal 是和 Thread 繫結的，如果 Thread 是從 ThreadPool 中拿出來的，那麼意味著 Thread 可能會被複用。如果被複用，你就一定得保證這個 Thread 上一次結束的時候，其關聯的 ThreadLocal 被清空掉，否則就會串到下一次使用。

synchronized用於執行緒間的資料共享，而ThreadLocal則用於執行緒間的資料隔離。

ThreadPool的用法與優勢

執行緒池的用法

  使用ThreadPoolExecutor建立執行緒池，其中5參建構函式引數列表如下：注意，在CPU密集型和I/O密集型處理時: I/O密集型佇列maxSize設定大一點，提高cpu利用率。

• int corePoolSize：執行緒池中核心執行緒數，一般為cpu數量

• int maximumPoolSize： 執行緒池中執行緒總數，一般為2*cpu數量

• long keepAliveTime：執行緒池中非核心執行緒閒置超時時長

• TimeUnit unit：keepAliveTime的單位

• BlockingQueue workQueue：執行緒池中的任務佇列，維護著等待執行的Runnable物件

  • SynchronousQueue：接收到任務時，會直接提交給執行緒處理，而不保留它
  • LinkedBlockingQueue：接收到任務時，如果當前執行緒數小於核心執行緒數，則新建核心執行緒處理任務；如果當前執行緒數等於核心執行緒數，則進入佇列等待
  • ArrayBlockingQueue：接收到任務時，如果沒有達到corePoolSize的值，則新建核心執行緒執行任務；如果達到了，則入隊等候；如果佇列已滿，則新建非核心執行緒執行任務；如果匯流排程數到了maximumPool，且佇列也滿了，則發生錯誤
  • DelayQueue：接收到任務時，首先先入隊，只有達到了指定的延時時間，才會執行任務。注意：佇列內元素必須實現Delayed介面，這就意味著你傳進去的任務必須先實現Delayed介面

• RejectedExecutionHandler handler：BlockingQueue 打滿時的幾種拒絕策略

  • Abort策略：預設策略，新任務提交時直接丟擲未檢查的異常。
  • RejectedExecutionException，該異常可由呼叫者捕獲。
  • CallerRuns策略：為調節機制，既不拋棄任務也不丟擲異常，而是將某些任務回退到呼叫者。不會線上程池的執行緒中執行新的任務，而是在呼叫exector的執行緒中執行新的任務。
  • Discard策略：新提交的任務被拋棄。
  • DiscardOldest策略：佇列的是“隊頭”的任務，然後嘗試提交新的任務。

  向執行緒池提交一個要執行的任務threadPoolExecutor.execute(runnable);

使用執行緒池的優勢：

• 降低資源消耗：重複利用已建立的執行緒，降低建立和銷燬造成的消耗。
• 提高響應速度：任務可以不需要等到執行緒建立就能立即執行(參考上條)。
• 提高管理性：可以進行統一的分配、調優和監控。

concurrent包

• Executor介面：具體Runnable任務的執行者。
• Executors類：建立執行緒池工具類（阿里手冊禁止用此工具類）。
• ExecutorService介面：執行緒池管理者，可提交Runnable、Callable讓其排程。
• ThreadPoolExecutor類：執行緒池工具類。（ExecutorService的一種具體實現）。
• CompletionService介面：ExecutorService的擴充套件，可以獲得執行緒執行結果。
• ReentrantLock類：可重入互斥鎖（實現Lock介面）。
• BlockingQueue介面：阻塞佇列。
• Future介面：一個執行緒執行結束後取返回的結果，還提供了cancel()終止執行緒。
• CountDownLatch類：當計數器值到達0時，它表示所有的執行緒已經完成了任務，然後在閉鎖上等待的執行緒就可以恢復執行任務。

鎖

死鎖的必要條件，怎麼處理死鎖

死鎖產生的必要條件

• 互斥條件：程序對所分配的資源進行排他性控制，即在一段時間內某資源僅為一個程序所佔有。此時若有其他程序請求該資源，則請求程序只能等待。
• 不剝奪條件：程序所獲得的資源在未使用完畢之前，不能被其他程序強行奪走，即只能 由獲得該資源的程序主動釋放。
• 請求和保持條件：程序已經保持了至少一個資源，但又提出了新的資源請求，而該資源 已被其他程序佔有，此時請求程序被阻塞，但對自己已獲得的資源保持不放。
• 環路等待條件：存在一個程序——資源的環形鏈，即程序集合{P0，P1，P2，···，Pn}中的P0正在等待一個P1佔用的資源；P1正在等待P2佔用的資源，……，Pn正在等待已被P0佔用的資源。

避免死鎖：

• 加鎖順序（執行緒按一定順序加鎖，若所有執行緒都按相同順序獲得鎖，就能避免死鎖）
• 加鎖時限（執行緒獲取鎖時加上時限，超時則放棄並釋放所佔有的鎖，就能避免死鎖）
• 死鎖檢測（一個更優的預防機制，主要針對不可能實現按序加鎖和加鎖時限的場景）

鎖的型別

偏向鎖是指一段同步程式碼一直被一個執行緒所訪問，那麼該執行緒會自動獲取鎖。輕量級鎖是指當鎖是偏向鎖的時候，被另一個執行緒所訪問，偏向鎖就會升級為輕量級鎖，其他執行緒會通過自旋的形式嘗試獲取鎖，不會阻塞，提高效能。重量級鎖是指當鎖為輕量級鎖的時候，另一個執行緒雖然是自旋，但當自旋一定次數還沒獲取到鎖的時候，就會進入阻塞，該鎖膨脹為重量級鎖。

分散式鎖

  一種跨伺服器(JVM)控制共享資源訪問的互斥機制。在分散式系統環境下，一個方法在同一時間只能被一臺機器的一個執行緒執行。

1. 基於資料庫實現分散式鎖：在資料庫中建立一張表，表中包含方法名欄位，並在方法名欄位上建立唯一索引，想要執行某個方法，就使用這個方法名向表中插入資料，成功插入則獲取鎖，執行完成後刪除對應的行資料釋放鎖。
2. 基於快取（Redis等）實現分散式鎖：獲取鎖的時候，使用setnx加鎖，並使用expire命令為鎖新增一個超時時間，超過該時間則自動釋放鎖，鎖的value值為當前時間加上鎖定時間，釋放鎖的時候執行delete進行釋放。
3. 基於Zookeeper實現分散式鎖：①建立一個目錄dislock；②執行緒A想獲取鎖就在dislock目錄下建立臨時順序節點；③獲取dislock目錄下所有的子節點，然後獲取比自己小的兄弟節點，如果不存在，則說明當前執行緒順序號最小，獲得鎖；④執行緒B獲取所有節點，判斷自己不是最小節點，設定監聽比自己次小的節點；⑤執行緒A處理完，刪除自己的節點，執行緒B監聽到變更事件，判斷自己是不是最小的節點，如果是則獲得鎖。