- 多執行緒知識點概述
1.什麼是多執行緒
1）一個程序中往往有多條程式執行路徑，該程式可以理解為多執行緒程式
2）java程式的入口是main方法，從作業系統的角度看，main方法的啟動意味著啟動了一個java程序。main方法所在的程式執行路徑即為主執行緒，同時，main執行緒的啟動，會伴隨著其他執行緒的建立和啟動，如垃圾回收執行緒等
3）執行緒的建立者：主執行緒的建立者是jvm，普通執行緒可以透過呼叫JDK的相關API進行建立
2.多執行緒的作用
1）更大的吞吐量
2）提升效能
3.多執行緒的基本使用（程式碼：test219_thread/test/demo1）
1）執行緒任務的定義
2）執行緒的建立和啟動
4.多執行緒帶來的問題（程式碼：test219_thread/test/demo2）
1）執行緒安全問題（本質上的體現是執行緒之間的共享資料出現不正確的結果）
2）活躍性問題（死鎖、飢餓、活鎖以及丟失訊號）
3）效能問題（執行緒的建立和銷燬、執行緒的上下文切換）
5.執行緒安全描述的物件（程式碼：test219_thread/test/demo3）
1）類執行緒安全
2）程式執行緒安全
6.JDK提供幾種方式來保證執行緒安全，分別是：synchronized、volatile、final、CAS、ThreadLocal
7.執行緒的狀態，官方定義的方式有六種，定義在列舉java.lang.Thread.State中
1）新建狀態： Thread.State.NEW （Thread t = new Thread();）
2）可執行狀態： Thread.State.RUNNABLE （包括兩種：在等待CPU分配時間片、執行狀態）
3）阻塞狀態： Thread.State.BLOCKED （執行緒在等待同步鎖，試圖進入同步程式碼塊、一種是IO阻塞）
4）等待狀態： Thread.State.WAITING
等待狀態意味著執行緒放棄CPU的執行資格，退出CPU的執行緒處理佇列，即向CPU發出一個訊號，不需要分配時間片給這個執行緒。同時釋放鎖。需要其他執行緒呼叫notify方法喚醒，然後轉變為可執行狀態，繼續進入CPU的執行緒處理佇列
5）計時等待狀態：Thread.State.TIMED_WAITING
計時等待狀態意味著執行緒放棄CPU的執行資格，退出CPU的執行緒處理佇列，即向CPU發出一個訊號，不需要分配時間片給這個執行緒。不會釋放鎖。直到設定的睡眠時間結束之後，然後轉變為可執行狀態，繼續進入CPU的執行緒處理佇列
6）終止狀態： Thread.State.TERMINATED
8.wait/notify機制（程式碼：test219_thread/test/demo4）
1）涉及到的方法
· wait()：讓執行緒進入等待狀態，退出CPU的執行緒處理佇列，釋放鎖，執行緒被儲存到物件obj的執行緒等待集中
· notify()：喚醒物件obj的執行緒等待集中的任意一個執行緒
· notifyAll()：喚醒物件obj的執行緒等待集中的所有執行緒
2）注意點
· 這幾個方法必須定義在同步塊或者同步方法中，因為這些方法是用於操作執行緒狀態的方法，必須要明確到底操作的是哪個鎖上的執行緒
· 這幾個方法定義在Object中的原因：因為這幾個方法是物件監視器的方法，物件監視器其實就是同步鎖，同步鎖可以是任意物件，所以任意物件都可以呼叫的方法只能定義在Object中
9.Java記憶體模型：假如有一個執行緒的共享變數，這個變數是存在於主記憶體中的，但是為了提高效率，每個執行緒在自己的工作記憶體中有一份該變數的複製。（主記憶體對映到硬體可以理解為平常說的記憶體，而工作記憶體可以理解為CPU中的高速緩衝儲存器，CPU從高速緩衝儲存器中讀資料肯定要比從記憶體中讀資料要快得多）
10.中斷機制（程式碼：test219_thread/test/demo5）
1）在Java中，停止一個執行緒的主要機制是中斷，中斷並不是強迫終止一個執行緒，它是一種協作機制，是給執行緒傳遞一個取消訊號，但是由執行緒來決定如何以及何時退出
2）透過Thread類的interrupt()方法來向執行緒發出中斷請求
3）執行緒在不同狀態下對於中斷請求所產生的反應
· 如果一個執行緒處於新建狀態或者終止狀態，對於中斷請求幾乎是遮蔽的
· 如果一個執行緒處於RUNNABLE狀態或者阻塞狀態，對於中斷請求只是設定中斷標誌位並沒有強制終止執行緒
· 如果一個執行緒處於睡眠狀態或等待狀態，對於中斷請求是敏感的，執行緒會從睡眠狀態或等待狀態強制恢復到可執行狀態，重新進入到CPU的執行緒處理佇列，同時執行緒會丟擲中斷異常並清空中斷標誌位
4）關於設定中斷標誌位和清空中斷標誌位
· 設定中斷標誌位：指的是把中斷狀態設定為true，即Thread.currentThread().isInterrupted()返回true
· 清空中斷標誌位：指的是把中斷狀態設定為false，即Thread.currentThread().isInterrupted()返回false
5）中斷機制的應用
· 對於處於RUNNABLE狀態或者阻塞狀態的執行緒，可以透過判斷中斷狀態來決定執行緒是否要終止
· 對於處於睡眠狀態或等待狀態的執行緒，可以透過捕獲中斷異常之後來決定執行緒是否要終止
6）與執行緒中斷有關的三個方法：interrupt()、interrupted()、islnterrupted()。（均在Thread類中）
11.juc包
1）AQS
2）Lock
3）併發工具類
4）原子類
- 解決執行緒安全問題的方式
一、synchronized（程式碼：test219_thread/test/demo6）
1）synchronized的基本使用
· 修飾語句塊
· 修飾方法
2）synchronized的實現原理
· 修飾語句塊
· 修飾方法
3）synchronized鎖的升級
4）synchronized實現可重入的原理
· 每一個鎖關聯一個執行緒持有者和計數器，當計數器為0時表示該鎖沒有被任何執行緒持有，那麼任何執行緒都可能獲得該鎖而呼叫相應的方法；當某一執行緒請求成功後，JVM會記下鎖的持有執行緒，並且將計數器置為1；此時其它執行緒請求該鎖，則必須等待；而該持有鎖的執行緒如果再次請求這個鎖，就可以再次拿到這個鎖，同時計數器會遞增；當執行緒退出同步程式碼塊時，計數器會遞減，如果計數器為0，則釋放該鎖
5）synchronized與wait/notify機制
6）驗證同步方法中的鎖物件
· 非靜態方法的鎖物件為this
· 靜態方法的鎖物件為Class物件
二、volatile（程式碼：test219_thread/test/demo7）
三、final
四、CAS
· 主要是透過sun.misc.Unsafe來實現CAS
五、ThreadLocal
1.ThreadLocal 是什麼
1）ThreadLocal 直譯為執行緒本地，也稱為執行緒本地變數
2）意思是在 ThreadLocal 變數中填充的值只屬於當前執行緒，對其它執行緒是不可見的，從而起到執行緒隔離的作用，避免了執行緒安全問題
2.ThreadLocal 的作用（為什麼需要 ThreadLocal）
1）線上程之間隔離資料，對於同一個變數，每個執行緒都有獨立的資料
2）減少鎖的使用，如果沒有 ThreadLocal，在某些併發場景下需要加鎖來解決
3.ThreadLocal 的常用方法
· ThreadLocal() 建立 ThreadLocal 物件
· set(T value) 設定當前執行緒繫結的區域性變數
· T get() 獲取當前執行緒繫結的區域性變數
· remove() 移除當前執行緒繫結的區域性變數
4.ThreadLocal 的基本使用（程式碼：test219_thread/test/demo8）
5.ThreadLocal 常見的應用場景
1）web 請求，在 Controller 解析出使用者資訊後放入 ThreadLocal 中，在 Service 層或者其它位置可以直接透過 ThreadLocal 獲取到使用者資訊
2）JDBC，一個執行緒中需要多次運算元據庫，並且需要保證執行緒內的事務，可以在運算元據庫之前把資料庫連線放入 ThreadLocal 中，後續在本執行緒的任意方法都可以透過 ThreadLocal 獲取到資料庫連線
（共同點都是需要在一個執行緒內的不同方法獲取某一型別（使用者資訊、資料庫連線）的資料，透過使用 ThreadLoca 就可以減少引數在方法之間的傳遞）
6.ThreadLocal 的實現原理
1）ThreadLocal、ThreadLocalMap、Thread 三者關係
· ThreadLocalMap 是 ThreadLocal 的內部類，ThreadLocalMap 透過 Entry[] 來儲存資料，Entry 是 ThreadLocalMap 的內部類，key 為 ThreadLocal 物件（實際上 key 為指向 ThreadLocal 例項的弱引用），value 為 set 進 ThreadLocal 的值
· Thread 持有 ThreadLocalMap，變數名稱為 threadLocals
2）資料流轉過程
· 呼叫 set() 方法時，先獲取當前執行緒的 ThreadLocalMap 物件，如果 ThreadLocalMap 為空則建立一個，然後把 ThreadLocal 物件和 set 進 ThreadLocal 的值放入 ThreadLocalMap 的 Entry[] 中
· 呼叫 get() 方法時，先獲取當前執行緒的 ThreadLocalMap 物件，然後從 ThreadLocalMap 中根據 ThreadLocal 物件（應該是計算雜湊值再取模）找到對應的 Entry，獲取 Entry 的 value 返回
· 呼叫 remove() 方法時，先獲取當前執行緒的 ThreadLocalMap 物件，然後從 ThreadLocalMap 中根據 ThreadLocal 物件找到對應的Entry 刪除
7.ThreadLocal 記憶體洩露問題
1）ThreadLocal 記憶體洩露是指 ThreadLocalMap 中的 value 沒辦法被回收
2）記憶體洩露原因：
ThreadLocal 已經使用結束了（意味著沒有強引用指向堆中的 ThreadLocal 物件），而執行緒還存活著，JVM 在進行垃圾回收後會把只有弱引用指向的 ThreadLocal 物件回收，也就是 Entry 的 key 會被回收，但是此時 value 還在，因此就產生了記憶體洩露
3）如何避免內
記憶體洩露：在使用完 ThreadLocal 之後，呼叫 remove() 方法把 Entry 置空
8.ThreadLocal 的最佳實踐
· 避免過度使用 ThreadLocal
· 使用完 ThreadLocal 要呼叫 remove 方法進行清除，以避免記憶體洩露
9.ThreadLocal 有什麼缺點，如何改進
10.零碎問題
1）ThreadLocal 物件在業務程式碼中被建立，該物件在兩個地方被引用，被業務程式碼強引用、被 ThreadLocalMap 的 key 弱引用
2）弱引用的特點
：只要進行垃圾回收，不管 jvm 記憶體是否充足，都會回收只被弱引用的物件（如果物件同時有強弱引用時，則不回收）
3）key 設計成弱引用是為了垃圾回收時可以保證 key 指向的 ThreadLocal 物件被回收，而呼叫 remove() 方法是保證 Entry 中的 value 可以儘快被回收
4）在呼叫 get()、set() 方法的某些時候，會伴隨呼叫 expungeStaleEntry() 方法把 key 為 null 的 Entry 置空，以此來儘可能避免記憶體洩露
5）如果執行緒執行完正常銷燬，是不會存在記憶體洩露的，因為 Thread 物件被回收後，ThreadLocalMap 自然也會被回收
6）ThreadLocal 尤其是當與執行緒池結合使用時，由於執行緒需要被複用而無法銷燬，因此使用完 ThreadLocal 如果沒有及時清理，就會導致記憶體洩露
7）remove() 方法要放在 finally 中
8）ThreadLocalMap 使用開放定址法解決雜湊衝突
9）如果需要在父子執行緒之間傳遞 ThreadLocal 填充的資料，可以使用 InheritableThreadLocal
10）ThreadLocal 不能平替 synchronized，ThreadLocal 用於實現執行緒隔離，而 synchronized 用於實現執行緒同步
- juc包
一、AQS
二、Lock
三、併發工具類（程式碼：test219_thread/test/demo9）
1.基本概述
1）CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore 可以認為是一種控制併發流程的工具類
2）Exchanger 可以認為是執行緒間交換資料的工具類
2.CountDownLatch
1）CountDownLatch 的核心思想是透過計數器來控制執行緒的執行順序，當計數器的值降為0時，所有等待的執行緒都會被喚醒，然後開始執行下一步操作
2）CountDownLatch 的使用：test219_thread/demo9/CountDownLatchDemo
3）CountDownLatch 的執行過程
· 在主呼叫執行緒中建立 CountDownLatch，並傳入 count，count 通常為工作執行緒數量
· 在工作執行緒中呼叫 countDown() 方法，每呼叫一次 count 就減1
· 在主呼叫執行緒中呼叫 await() 方法來阻塞主呼叫執行緒
· count減到為0時，主呼叫執行緒被喚醒
4）CountDownLatch 的底層實現：基於 AQS 實現
3.CyclicBarrier
1）CyclicBarrer 的作用是讓一組執行緒達到一個屏障（同步點）時被阻塞，直到所有的執行緒到達此屏障時，才會喚醒被屏障阻塞的所有執行緒
2）CyclicBarrer 的使用：test219_thread/demo9/CyclicBarrierDemo、CyclicBarrierDemo2、CyclicBarrierDemo3、CyclicBarrierDemo4
3）CyclicBarrer 的執行過程
· 在主呼叫執行緒中建立 CyclicBarrer，並傳入 parties，parties 通常為工作執行緒數量
· 在工作執行緒中呼叫 await() 方法，每呼叫一次，就說明有一個執行緒抵達屏障，直到有 parties 個執行緒抵達屏障後，喚醒被屏障阻塞的所有執行緒
4）CyclicBarrier 的底層實現：基於 AQS 實現
4.Semaphore
1）訊號量是用來控制同時訪問特定資源的執行緒數量，它透過協調各個執行緒，以保證合理的使用公共資源
2）Semaphore 的使用：test219_thread/demo9/SemaphoreDemo
3）Semaphore 的工作流程
· 在主呼叫執行緒中建立 Semaphore，並傳入 permits，permits 為許可證數量
· 在工作執行緒中呼叫 acquire() 方法，每呼叫一次，許可證數量就減1
，當許可證數量減到為0時，再呼叫 acquire() 會被阻塞，直到已經獲得許可證的工作執行緒呼叫 release() 方法歸還許可證，然後被阻塞的執行緒會獲得許可證
4）Semaphore 的底層實現：基於 AQS 實現
5.Exchanger
Exchanger 的底層實現：使用 ThreadLocal 和 ArrayBlockingQueue 等資料結構來實現執行緒間的配對和資料交換
6.零碎問題
1）CountDownLatch 和 CyclicBarrier 的區別
· CountDownLatch 阻塞的是主執行緒，下一步動作的執行者是主執行緒，不可重複使用
· CyclicBarrier 阻塞的是其它執行緒，下一步動作的執行者是其它執行緒，可重複使用
四、原子類（程式碼：test219_thread/test/demo10）
1）原子類的出現背景：當一個執行緒更新一個變數時，程式如果沒有正確的同步，那麼這個變數對於其他執行緒來說是不可見的。我們通常使用 synchronized 或者 volatile 來保證執行緒安全的更新共享變數。在JDK1.5中，提供了 java.util.concurrent.atomic 包，這個包中的原子操作類提供了一種用法簡單，效能高效，執行緒安全地更新一個變數的方式
2）原子類的應用案例：多個執行緒進行 i++ 操作，為了執行緒安全，需要加 synchronized 鎖，鎖是比較重的，因此可以考慮使用原子類AtomicInteger 來代替 synchronized
3）原子類的底層實現是基於 volatile 和 CAS，因此可以減少鎖帶來的效能開銷
- 多執行緒在實際業務場景中的使用
1.基本使用
1）主呼叫執行緒需要等待各個執行緒的返回結果（程式碼：test/demo11/ThreadInActualBusiness.needThreadResult()）
2）主呼叫執行緒不需要等待各個執行緒的返回結果（程式碼：test/demo11/ThreadInActualBusiness.main()）
（這種場景用得相對較少，因為會出現：介面已經完成響應，但是業務處理還沒有結束的情況）
執行緒池
4.執行緒池
1）執行緒池的頂層介面和類
· Executor：Executor 是一個介面，定義了一個基本的執行方法 execute(Runnable command)，用於執行給定的 Runnable 任務。它是所有執行緒池執行機制的基礎
· ExecutorService：ExecutorService 也是介面，它擴充套件了 Executor 介面，提供了更豐富的執行緒池控制方法，如 submit()，以及執行緒池的關閉方法 shutdown() ，ExecutorService 是建立和管理執行緒池的主要介面
· AbstractExecutorService：實現了 ExecutorService 介面的部分方法，為建立具體的執行緒池服務提供了基礎框架。它提供了執行緒池的一些通用實現，如關閉執行緒池的行為
· ThreadPoolExecutor：ThreadPoolExecutor 是 AbstractExecutorService 的一個具體實現，提供了完整的執行緒池實現。它允許開發者精細控制執行緒池的引數，如核心執行緒數、最大執行緒數、工作佇列型別、執行緒工廠、拒絕策略等。ThreadPoolExecutor 是 Java 中執行緒池的核心實現類
2）執行緒池的使用方式
· 直接建立 ThreadPoolExecutor
· 透過 Executors 工具類建立執行緒池（本質上也是建立 ThreadPoolExecutor）
static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
static ExecutorService newCachedThreadPool()
static ExecutorService newSingleThreadExecutor()
static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
實現多執行緒的方式
1）繼承 Thread 類
2）實現 Runnable 介面
3）實現 Callable 介面 + FutureTask
4）執行緒池（ExectutorService 結合 Callable、Future 實現有返回結果的多執行緒）