Java的内存区域：

Java虚拟机 - 图1
各个部分的功能：

  • 程序计数器：1）字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，实现流程控制。2）在多线程的情况下，程序计数器用来记录当前线程的执行位置，从而当线程被切换回来的时候能够继续执行程序。
  • 虚拟机栈：在每个Java方法运行的时候，都会创立一个栈桢，栈桢中存储了局部变量表、操作数栈、常量池引用等信息。
  • 本地方法栈：本地方法栈是为虚拟机使用到的Native方法服务的。
  • 堆：主要是用来存放对象
  • 方法区：主要是用来存放已经被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。

    线程

    线程的状态转换：

    Java虚拟机 - 图2
    Java虚拟机 - 图3

死锁：

产生死锁必须具备以下四个条件：

  1. 互斥条件：该资源任意一个时刻只由一个线程占用。
  2. 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
  3. 不剥夺条件:线程已获得的资源在未使用完之前不能被其他线程强行剥夺，只有自己使用完毕后才释放资源。
  4. 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

如何避免死锁：破坏产生死锁的条件即可

  1. 破坏请求与保持条件 ：一次性申请所有的资源。
  2. 破坏不剥夺条件 ：占用部分资源的线程进一步申请其他资源时，如果申请不到，可以主动释放它占有的资源。
  3. 破坏循环等待条件 ：靠按序申请资源来预防。按某一顺序申请资源，释放资源则反序释放。破坏循环等待条件。

sleep和wait的区别：

  • 两者最主要的区别在于：sleep() 方法没有释放锁，而 wait() 方法释放了锁。
  • 两者都可以暂停线程的执行。
  • wait() 通常被用于线程间交互/通信，sleep() 通常被用于暂停执行。
  • wait() 方法被调用后，线程不会自动苏醒，需要别的线程调用同一个对象上的 notify() 或者 notifyAll() 方法。sleep() 方法执行完成后，线程会自动苏醒。或者可以使用 wait(long timeout) 超时后线程会自动苏醒。


ReetranLock比Synchronized区别：

1、等待可中断：等待的线程可以中断。通过 lock.lockInterruptibly() 来实现这个机制。也就是说正在等待的线程可以选择放弃等待，改为处理其他事情。
2、可实现公平锁：ReetranLock可以指定公平锁或者是非公平锁。synchronized只能是非公平锁。
3、可实现选择性通知（锁可以绑定多个条件）：synchronized与wait、notify、notifyAll方法结合可以实现等待通知机制。ReetranLock类当然也可以实现，但是需要借助Condition接口和newCondition方法。

volatile关键字：

CPU缓存是为了解决CPU的处理速度与内存处理速度不对等的问题。
volatile能够防止jvm指令重排还能够保证变量的可变性。每次读取和写入都会将变量写入到主内存中。
volatile的几个特性：能够保证变量的可见性和指令的有序性，但是不能保证数据的原子性

ThreadLocal：

ThreadLocal：本地变量，每个线程中的自己专属变量。使用get()和set()方法获取默认值或者进行更改。
Thread类中有ThreadLocalMap，可以理解为ThreadLocal专属的HashMap。ThreadLocalMap中存储以ThreadLocal为key，Object对象为value的键值对。

ThreadLocal中的内存泄漏：ThreadLocalMap中的keyThreadLocal的弱引用，而value是强引用。如果ThreadLocal在外部没有强引用的情况下，在垃圾回收的时候，key值就会被清理掉，而value则不会被清理掉，这样就会导致ThreadLocal中出现了key为null的Entry。如果不做措施的时候，value则永远无法被GC回收，这个时候就会产生了内存泄漏。所以，在使用完ThreadLocal后，手动的调用remove()方法。

Runnable自 Java 1.0 以来一直存在，但Callable仅在 Java 1.5 中引入,目的就是为了来处理Runnable不支持的用例。Runnable 接口不会返回结果或抛出检查异常，但是 Callable 接口 可以。所以，如果任务不需要返回结果或抛出异常推荐使用 Runnable 接口 ，这样代码看起来会更加简洁。

执行execute()方法和submit()方法的区别：

  1. execute()方法用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断任务是否被线程池执行成功与否；
  2. submit()方法用于提交需要返回值的任务。线程池会返回一个 Future 类型的对象，通过这个 Future 对象可以判断任务是否执行成功，并且可以通过 Future 的 get()方法来获取返回值，get()方法会阻塞当前线程直到任务完成，而使用 get（long timeout，TimeUnit unit）方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回，这时候有可能任务没有执行完。

    ThreadPoolExecutor

    ThreadPoolExecutor构造函数重要参数分析

    ThreadPoolExecutor 3 个最重要的参数：
  • corePoolSize : 核心线程数线程数定义了最小可以同时运行的线程数量。
  • maximumPoolSize : 当队列中存放的任务达到队列容量的时候，当前可以同时运行的线程数量变为最大线程数。
  • workQueue: 当新任务来的时候会先判断当前运行的线程数量是否达到核心线程数，如果达到的话，新任务就会被存放在队列中。

ThreadPoolExecutor其他常见参数:

  1. keepAliveTime:当线程池中的线程数量大于 corePoolSize 的时候，如果这时没有新的任务提交，核心线程外的线程不会立即销毁，而是会等待，直到等待的时间超过了 keepAliveTime才会被回收销毁；
  2. unit : keepAliveTime 参数的时间单位。
  3. threadFactory :executor 创建新线程的时候会用到。
  4. handler :饱和策略。关于饱和策略下面单独介绍一下。

ThreadPoolExecutor 饱和策略：

ThreadPoolExecutor 饱和策略定义:
如果当前同时运行的线程数量达到最大线程数量并且队列也已经被放满了任时，ThreadPoolTaskExecutor 定义一些策略:

  • ThreadPoolExecutor.AbortPolicy： 抛出 RejectedExecutionException来拒绝新任务的处理。
  • ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy： 调用执行自己的线程运行任务，也就是直接在调用execute方法的线程中运行(run)被拒绝的任务，如果执行程序已关闭，则会丢弃该任务。因此这种策略会降低对于新任务提交速度，影响程序的整体性能。如果您的应用程序可以承受此延迟并且你要求任何一个任务请求都要被执行的话，你可以选择这个策略。
  • ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy： 不处理新任务，直接丢弃掉。
  • ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy： 此策略将丢弃最早的未处理的任务请求。

Atomic原子类：

Java虚拟机 - 图4
基本类型
使用原子的方式更新基本类型

  • AtomicInteger：整形原子类
  • AtomicLong：长整型原子类
  • AtomicBoolean：布尔型原子类

数组类型
使用原子的方式更新数组里的某个元素

  • AtomicIntegerArray：整形数组原子类
  • AtomicLongArray：长整形数组原子类
  • AtomicReferenceArray：引用类型数组原子类

引用类型

  • AtomicReference：引用类型原子类
  • AtomicStampedReference：原子更新带有版本号的引用类型。该类将整数值与引用关联起来，可用于解决原子的更新数据和数据的版本号，可以解决使用 CAS 进行原子更新时可能出现的 ABA 问题。
  • AtomicMarkableReference ：原子更新带有标记位的引用类型

对象的属性修改类型

  • AtomicIntegerFieldUpdater：原子更新整形字段的更新器
  • AtomicLongFieldUpdater：原子更新长整形字段的更新器
  • AtomicReferenceFieldUpdater：原子更新引用类型字段的更新器

AQS的介绍：

AQS 的全称为（AbstractQueuedSynchronizer），这个类在java.util.concurrent.locks包下面。
Java虚拟机 - 图5
原理概述：
AQS 核心思想是，如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制 AQS 是用 CLH 队列锁实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。

CLH(Craig,Landin,and Hagersten)队列是一个虚拟的双向队列（虚拟的双向队列即不存在队列实例，仅存在结点之间的关联关系）。AQS 是将每条请求共享资源的线程封装成一个 CLH 锁队列的一个结点（Node）来实现锁的分配。
Java虚拟机 - 图6
AQS的底层使用的是模板方法模式：

  1. 使用者继承 AbstractQueuedSynchronizer 并重写指定的方法。（这些重写方法很简单，无非是对于共享资源 state 的获取和释放）
  2. 将 AQS 组合在自定义同步组件的实现中，并调用其模板方法，而这些模板方法会调用使用者重写的方法。

AQS组件总结

  • Semaphore(信号量)-允许多个线程同时访问： synchronized 和 ReentrantLock 都是一次只允许一个线程访问某个资源，Semaphore(信号量)可以指定多个线程同时访问某个资源。
  • CountDownLatch （倒计时器）： CountDownLatch 是一个同步工具类，用来协调多个线程之间的同步。这个工具通常用来控制线程等待，它可以让某一个线程等待直到倒计时结束，再开始执行。
  • CyclicBarrier(循环栅栏)： CyclicBarrier 和 CountDownLatch 非常类似，它也可以实现线程间的技术等待，但是它的功能比 CountDownLatch 更加复杂和强大。主要应用场景和 CountDownLatch 类似。CyclicBarrier 的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续干活。CyclicBarrier 默认的构造方法是 CyclicBarrier(int parties)，其参数表示屏障拦截的线程数量，每个线程调用 await() 方法告诉 CyclicBarrier 我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。