多線程、進程、線程五種狀態、synchronized、volatile、Lock、CAS、死鎖、ThreadLocal

1、并發編程

并發編程三要素

原子性：只一個操作要么全部成功，要么全部失敗
可見性：一個線程對共享變量的修改，其他線程能夠立刻看到
有序性：程序執行的順序按照代碼的先后順序執行

synchronized，Lock解決原子性問題
volatile，，Lock解決可見性和有序性問題

2、線程和進程的區別

根本區別：進程是操作系統資源分配的最小單位；線程是處理任務調度和執行的最小單位。
資源開銷：每個進程都有單位的空間，進程間的切換有較大的開銷；線程是輕量級的進程，同一類線程共享數據空間，每個線程有獨立的運行棧和程序計數器，線程之間的切換開銷較小
包含關系：進程包含線程
內存分配：線程共享地址空間和資源，進程之間的地址空間和資源相互獨立
影響關系：一個進程崩潰，在保護模式下其他進程不受影響；一個線程崩潰，其他線程也會受影響，整個進程都會崩潰。多進程要比多線程更加健壯
執行關系：進程有獨立的執行入口，線程不能獨立執行，必須依賴進程

上下文切換：任務從保存到再加載的過程就是一次上下文切換。

3、創建線程的四種方式

繼承Thread類
實現Runnable接口
實現Callable接口
使用Executors工具類創建線程池

Runnable和Callable區別

相同點：

都是接口；
都可以編寫多線程程序；
都采用Thread.start()啟動線程

不同點

Runnable接口的run()方法沒有返回值 ；Callable()接口的call()方法有返回值，是個泛型
Runnable接口run()方法只能拋出運行時異常，且無法捕捉處理；Callable接口call()方法允許拋出異常，可以獲取異常信息

線程的run()和start()有何區別

start()用于啟動線程，run()用于執行線程運行時的代碼。run()方法可以重復調用，start()只能調用一次
start()方法用于啟動線程，真正實現了多線程的運行。調用start()時無需等待run()方法方法體代碼執行完畢就可以執行其他代碼；此時線程是就緒態，并沒有開始運行，然后通過Thread類調用run()方法完成其運行狀態，run()方法運行結束，此線程就終止了
run()方法是在線程里的，直接調用run()方法，相當于調用了一個普通的函數，必須等待run()方法執行完畢才可以執行下面的代碼，所以執行路徑還是一條，沒有多線程的特征，所以在線程啟動時，要調用start()方法而不是run()方法。

Future和FutureTask

Callable接口的call()方法有返回值，Future可以拿到異步執行任務（這個任務也許并沒有完成）的返回值，并且可以拋出異常信息。
FutureTask是Future的具體實現。FutureTask實現了RunnableFuture接口。RunnableFuture接口又同時繼承了Future和 Runnable接口。所以FutureTask既可以作為Runnable被線程執行，又可以作為Future得到Callable的返回值。

4、線程的狀態和基本操作

線程的五種狀態和生命周期

在這里插入圖片描述

新建(new)；
可運行/就緒態(runnable)：調用start()方法后就處于Runnable態
運行(running)：runnable態獲取到時間片，就進入running態；就緒態是進入運行態的唯一入口，線程要進入運行態就必須要進入就緒態
阻塞(block)；
死亡(dead)：死亡的線程不可復生

線程調度的方法

1、wait()：使一個線程處于阻塞等待狀態，并且釋放所持有的對象鎖
2、sleep()：使役個正在運行的線程處于睡眠狀態，是一個靜態方法
3、notify()：喚醒一個處于等待隊列的線程，再調用此方法時，并不能確切的喚醒某個等待的線程，由JVM確定喚醒哪個線程，并且與優先級無關
4、notifyAll()：喚醒所有處于等待隊列的線程，然后重新競爭鎖

wait()和sleep()區別

所在類不同：sleep()是Thread類的靜態方法；wait()是Object類的方法
鎖：sleep()不釋放鎖，wait()釋放鎖
用途：wait()用于線程之間通信；sleep()用于暫停線程執行
用法不同：wait()在結束后，不會自動蘇醒，需要別的線程調用同一個對象上的notify()或者notifyAll()去喚醒；而sleep()方法在結束后，自動蘇醒。

interrupt()、interrupted()、isInterrupted()

interrupt()、isInterrupted()是通過Thread對象調用，是實例方法；interrupted()是通過Thread類調用，是靜態方法
interrupt()方法，只是通知該線程停止運行，只是通知，并沒有直接中斷，而是由程序自己決定是否中斷

線程類的構造方法、靜態代碼塊是被new這個線程的類的線程所調用的（誰new誰調用），run()方法是自身線程調用

5、synchronized

作用：用來控制線程同步的，被synchronized修飾的代碼不能被多個線程同時執行，可以修飾類、方法、變量

synchronized底層原理

synchronized修飾的代碼在反編譯為字節碼文件時，前后都出現了monitor字樣，前面出現的是monitorenter，后面出現的是monitorexit，就是釋放鎖。當執行monitorenter時，當前線程試圖獲取對象鎖所持有的monitor，當計數器為0時，就可以成功獲取，當獲取到時，計數器+1。并且就算當前線程已經擁有對象鎖的monitor的持有權，那么就可以重入這個monitor，重入計數器也會加一。如果其他線程占有monitor持有權，那么當前線程就會阻塞，知道其他線程執行monitorexit，執行后鎖釋放，計數器設置為0。

自旋

即其他線程不進入阻塞態，而是在synchronized邊界循環等待，不斷嘗試獲取鎖，這就是自旋

synchronized鎖升級

synchronized涉及到用戶態和內核態的切換，在1.6之前，鎖都是重量級鎖，即我們不管什么線程來操作資源，都要進行加鎖釋放鎖，如果有多線程，還要等待之類的，很浪費資源，1.6之后引入了偏向鎖與輕量鎖來減小獲取和釋放鎖所帶來的性能消耗。

鎖升級其實就是對synchronized的優化，以前用synchronized修飾一個對象或者是方法，方法也等于是鎖住對象，直接用一把操作系統層面的大鎖，萬一只有少量線程的話會大題小作了，如果大量線程的話又會特別消耗時間，劃不來，所以要將以前的二話不說用一把大鎖進行優化。

無鎖->偏向鎖->輕量級鎖->重量級鎖

原理：在鎖對象的對象頭有一個threadid字段，第一次訪問時threadid為空，JVM讓其持有偏向鎖，并把threadid設置為線程id，再次進入時只需要判斷兩個id是否相等，相等就直接進入，不相等就升級為輕量級鎖；自旋一段時間后還沒有獲取到就升級到重量級鎖。

synchronized、volatile、CAS區別

synchronized是悲觀鎖，屬于搶占式，會引起其他線程阻塞
volatile提供多個線程共享變量可見性和禁止指令重排序
CAS是基于沖突監測的樂觀鎖(非阻塞)

synchronized、Lock、ReentrantLock區別

synchronized、ReentrantLock都是可重入鎖
synchronized是關鍵字，Lock是接口，ReentrantLock是實現了Lock接口的一個類
synchronized可以給類、方法、代碼塊加鎖，Lock和ReentrantLock只能給代碼塊加鎖
synchronized不用手動獲取和釋放，發生異常會自動釋放鎖，不會造成死鎖；Lock和ReentrantLock需要手動，沒有unLock()就會死鎖
Lock可以知道是否成功獲取到鎖，synchronized不行

6、volatile

保證可見性和禁止指令重排序，提供happens-before的保證，確保一個線程的修改對于其他線程是可見的。被volatile修飾的共享變量，當它被修改時，可以將修改的值立即更新到主內存中，其他線程需要讀取時，重新去主內存中讀取新值
volatile可以保證可見性和禁止重排序，但不能保證原子性；atomic方法可以讓這種方法具有原子性

7、Lock體系

Lock是synchronized的擴展版本，Lock提供了無條件的、可輪詢的(tryLock方法)、定時的(tryLock帶參方法)、可中斷的(lockInterruptibly)、可多條件隊列的鎖操作。Lock的實現基本都支持公平鎖和非公平鎖，synchronized只支持非公平鎖

悲觀鎖：悲傷的假設最壞的情況，每次拿數據都認為別人會修改，所以在拿的時候就會加鎖，別人想拿就阻塞（共享資源每次只給一個線程使用，其他線程阻塞，用完再把資源轉讓給其他線程）
樂觀鎖：每次拿數據，不會上鎖，直到提交數據時才會證實數據是否被修改（產生并發沖突），多用于多讀場景。一般用版本號或者CAS實現