并发编程进阶 - 超级大汇总——DBC的博客超级大汇总—

1.考查是否知道并发编程三要素

并发编程三要素是否知道，能否分别解释下，举个简单的例子

原子性

：一个不可再被分割的颗粒，原子性指的是一个或多个操作要么全部执行成功要么全部执行失败，期间不能被中断，也不存在上下文切换，线程切换会带来原子性的问题
int num = 1; // 原子操作
num++; // 非原子操作，从主内存读取num到线程工作内存，进行 +1，再把num写到主内存, 除非用原子类，即java.util.concurrent.atomic里的原子变量类

解决办法：可以用synchronized 或 Lock(比如ReentrantLock) 来把这个多步操作“变成”原子操作，但是volatile，前面有说到不能修饰有依赖值的情况

public class XdTest {
    private int num = 0;

    //使用lock，每个对象都是有锁，只有获得这个锁才可以进行对应的操作
    Lock lock = new ReentrantLock();
    public  void add1(){
        lock.lock();
        try {
            num++;
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    //使用synchronized，和上述是一个操作，这个是保证方法被锁住而已，上述的是代码块被锁住
    public synchronized void add2(){
        num++;
    }
}

温馨提示

解决核心思想：把一个方法或者代码块看做一个整体，保证是一个不可分割的整体

有序性

: 程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行，因为处理器可能会对指令进行重排序
JVM在编译java代码或者CPU执行JVM字节码时，对现有的指令进行重新排序，主要目的是优化运行效率(不改变程序结果的前提)
int a = 3 //1
int b = 4 //2
int c =5 //3
int h = a*b*c //4

上面的例子执行顺序1,2,3,4 和 2,1,3,4 结果都是一样，指令重排序可以提高执行效率，但是多线程上可能会影响结果

假如下面的场景，正常是顺序处理
//线程1
before();//处理初始化工作，处理完成后才可以正式运行下面的run方法
flag = true; //标记资源处理好了，如果资源没处理好，此时程序就可能出现问题
//线程2
while(flag){
run(); //核心业务代码
}

指令重排序后，导致顺序换了，程序出现问题，且难排查

//线程1
flag = true; //标记资源处理好了，如果资源没处理好，此时程序就可能出现问题
//线程2
while(flag){
run(); //核心业务代码
}
before();//处理初始化工作，处理完成后才可以正式运行下面的run方法

可见性

: 一个线程A对共享变量的修改,另一个线程B能够立刻看到
// 线程 A 执行
int num = 0;
// 线程 A 执行
num++;
// 线程 B 执行
System.out.print("num的值：" + num);

线程A执行 i++ 后再执行线程 B，线程 B可能有2个结果，可能是0和1。

因为 i++ 在线程A中执行运算，并没有立刻更新到主内存当中，而线程B就去主内存当中读取并打印，此时打印的就是0；也可能线程A执行完成更新到主内存了,线程B的值是1。
所以需要保证线程的可见性
synchronized、lock和volatile能够保证线程可见性

2.常见的进程、线程间调度算法

说下你知道的调度算法，比如进程间的调度

先来先服务调度算法

按照作业/进程到达的先后顺序进行调度，即：优先考虑在系统中等待时间最长的作业
排在长进程后的短进程的等待时间长，不利于短作业/进程

短作业优先调度算法

短进程/作业（要求服务时间最短）在实际情况中占有很大比例，为了使得它们优先执行
对长作业不友好

高响应比优先调度算法

在每次调度时，先计算各个作业的优先权：优先权=响应比=（等待时间+要求服务时间）/要求服务时间,
因为等待时间与服务时间之和就是系统对该作业的响应时间，所以优先权=响应比=响应时间/要求服务时间，选择优先权高的进行服务需要计算优先权信息，增加了系统的开销

时间片轮转调度算法

轮流的为各个进程服务，让每个进程在一定时间间隔内都可以得到响应
由于高频率的进程切换，会增加了开销，且不区分任务的紧急程度

优先级调度算法

根据任务的紧急程度进行调度，高优先级的先处理，低优先级的慢处理
如果高优先级任务很多且持续产生，那低优先级的就可能很慢才被处理

常见的线程间的调度算法是怎样的，java是哪种

线程调度是指系统为线程分配CPU使用权的过程，主要分两种

协同式线程调度(分时调度模式)

线程执行时间由线程本身来控制，线程把自己的工作执行完之后，要主动通知系统切换到另外一个线程上。最大好处是实现简单，且切换操作对线程自己是可知的，没啥线程同步问题。坏处是线程执行时间不可控制，如果一个线程有问题，可能一直阻塞在那里

抢占式线程调度

每个线程将由系统来分配执行时间，线程的切换不由线程本身来决定（Java中，Thread.yield()可以让出执行时间，但无法获取执行时间）。线程执行时间系统可控，也不会有一个线程导致整个进程阻塞

解析

Java线程调度就是抢占式调度,优先让可运行池中优先级高的线程占用CPU,如果可运行池中的线程优先级相同,那就随机选择一个线程

所以我们如果希望某些线程多分配一些时间，给一些线程少分配一些时间，可以通过设置线程优先级来完成。
JAVA的线程的优先级，以1到10的整数指定。当多个线程可以运行时，VM一般会运行最高优先级的线程（Thread.MIN_PRIORITY至Thread.MAX_PRIORITY）

在两线程同时处于就绪runnable状态时，优先级越高的线程越容易被系统选择执行。但是优先级并不是100%可以获得，只不过是机会更大而已。

有人会说，wait,notify不就是线程本身控制吗？
其实不是，wait是可以让出执行时间，notify后无法获取执行时间，随机等待队列里面获取而已

3.考查对常见的锁是否掌握

你日常开发里面用过java里面有哪些锁？分别解释下

悲观锁

当线程去操作数据的时候，总认为别的线程会去修改数据，所以它每次拿数据的时候都会上锁，别的线程去拿数据的时候就会阻塞，比如synchronized

乐观锁

每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，更新的时候会判断是别人是否回去更新数据，通过版本来判断，如果数据被修改了就拒绝更新，比如CAS是乐观锁，但严格来说并不是锁，通过原子性来保证数据的同步，比如说数据库的乐观锁，通过版本控制来实现，CAS不会保证线程同步，乐观的认为在数据更新期间没有其他线程影响

小结：悲观锁适合写操作多的场景，乐观锁适合读操作多的场景，乐观锁的吞吐量会比悲观锁多

公平锁

指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁，简单来说如果一个线程组里，能保证每个线程都能拿到锁比如ReentrantLock(底层是同步队列FIFO:First Input First Output来实现)

非公平锁

获取锁的方式是随机获取的，保证不了每个线程都能拿到锁，也就是存在有线程饿死,一直拿不到锁，比如synchronized、ReentrantLock

小结：非公平锁性能高于公平锁，更能重复利用CPU的时间

可重入锁

也叫递归锁，在外层使用锁之后，在内层仍然可以使用，并且不发生死锁

不可重入锁

若当前线程执行某个方法已经获取了该锁，那么在方法中尝试再次获取锁时，就会获取不到被阻塞

小结：可重入锁能一定程度的避免死锁 synchronized、ReentrantLock 重入锁

    private void meathA(){
            //获取锁 TODO
        meathB();
    }

    private void meathB(){
            //获取锁 TODO
            //其他操作
    }

自旋锁

一个线程在获取锁的时候，如果锁已经被其它线程获取，那么该线程将循环等待，然后不断的判断锁是否能够被成功获取，直到获取到锁才会退出循环,任何时刻最多只能有一个执行单元获得锁.

小结：不会发生线程状态的切换，一直处于用户态，减少了线程上下文切换的消耗，缺点是循环会消耗CPU

常见的自旋锁:TicketLock,CLHLock,MSCLock

共享锁

也叫S锁/读锁，能查看但无法修改和删除的一种数据锁，加锁后其它用户可以并发读取、查询数据，但不能修改，增加，删除数据，该锁可被多个线程所持有，用于资源数据共享

互斥锁

也叫X锁/排它锁/写锁/独占锁/独享锁/ 该锁每一次只能被一个线程所持有,加锁后任何线程试图再次加锁的线程会被阻塞，直到当前线程解锁。例子：如果线程A 对 data1 加上排他锁后，则其他线程不能再对 data1 加任何类型的锁,获得互斥锁的线程即能读数据又能修改数据

死锁

两个或两个以上的线程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法让程序进行下去
线程A、B都有各自的锁，这时候A想去要B的锁，B又想去要A的锁，但是锁都被占用了，这时候就形成了死锁，如果都不放弃各自的锁的话！

下面三种是Jvm为了提高锁的获取与释放效率而做的优化针对Synchronized的锁升级，锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明，是不可逆的过程

偏向锁

一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁，获取锁的代价更低

轻量级锁

当锁是偏向锁的时候，被其他线程访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，但不会阻塞，且性能会高点

重量级锁

当锁为轻量级锁的时候，其他线程虽然是自旋，但自旋不会一直循环下去，当自旋一定次数的时候且还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁升级为重量级锁，重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞，性能也会降低

还有一些其他的锁：分段锁、行锁、表锁

4.考查对常见的死锁是否掌握

上机实战：写个多线程死锁的例子

小例子

线程在获得了锁A并且没有释放的情况下去申请锁B，
这时另一个线程已经获得了锁B，在释放锁B之前又要先获得锁A
因此闭环发生，陷入死锁循环

public class DeadLockDemo {
    private static String locka = "locka";

    private static String lockb = "lockb";

    public void methodA(){
        synchronized (locka){
            System.out.println("我是A方法中获得了锁A"+Thread.currentThread().getName());
            //让出CPU执行权，不释放锁
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (lockb){
                System.out.println("我是A方法中获得了锁B"+Thread.currentThread().getName());
            }
        }
    }

    public void methodB(){
        synchronized (lockb){
            System.out.println("我是A方法中获得了锁B"+Thread.currentThread().getName());
            //让出CPU执行权，不释放锁
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (locka){
                System.out.println("我是B方法中获得了锁A"+Thread.currentThread().getName());
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("主线程运行开始："+Thread.currentThread().getName());
        DeadLockDemo deadLockDemo = new DeadLockDemo();
        new Thread(()->{
            deadLockDemo.methodA();
        }).start();
        new Thread(()->{
            deadLockDemo.methodB();
        }).start();
        System.out.println("主线程运行结束："+Thread.currentThread().getName());
    }
}

控制台输出

解析

这里的sleep是模拟在执行的业务代码，来保证一定会出现死锁，你写代码的时候可能不会出现死锁，但是有时候又会出现，就是这个原因了！

注意：这里看到控制台已经输出了内容，但是程序并没有结束，就一直卡在这里了！

线上经常会产生诡异的情况，有可能是死锁，且难排查！！！

死锁的4个必要条件

互斥条件：资源不能共享，只能由一个线程使用
请求与保持条件：线程已经获得一些资源，但因请求其他资源发生阻塞，对已经获得的资源保持不释放
不可抢占：有些资源是不可强占的，当某个线程获得这个资源后，系统不能强行回收，只能由线程使用完自己释放
循环等待条件：多个线程形成环形链，每个都占用对方申请的下个资源

只要发生死锁，上面的条件都成立；只要一个不满足，就不会发生死锁

那上面的例子怎么解决死锁，优化下代码

思想

常见的解决办法：
调整申请锁的范围
调整申请锁的顺序

/**
 * 解决死锁，通过调整锁的范围
 */
public class DeadLockDemo {
    private static String locka = "locka";

    private static String lockb = "lockb";

    public void methodA(){
        synchronized (locka){
            System.out.println("我是A方法中获得了锁A"+Thread.currentThread().getName());
            //让出CPU执行权，不释放锁
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
        synchronized (lockb){
            System.out.println("我是A方法中获得了锁B"+Thread.currentThread().getName());
        }
    }

    public void methodB(){
        synchronized (lockb){
            System.out.println("我是A方法中获得了锁B"+Thread.currentThread().getName());
            //让出CPU执行权，不释放锁
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        synchronized (locka){
            System.out.println("我是B方法中获得了锁A"+Thread.currentThread().getName());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("主线程运行开始："+Thread.currentThread().getName());
        DeadLockDemo deadLockDemo = new DeadLockDemo();
        new Thread(()->{
            deadLockDemo.methodA();
        }).start();
        new Thread(()->{
            deadLockDemo.methodB();
        }).start();
        System.out.println("主线程运行结束："+Thread.currentThread().getName());
    }
}

控制台输出

5.考查对常见的不可重入锁是否掌握

上机实战：设计一个简单的不可重入锁

/**
 * 不可重入锁
 *
 * 不可重入锁：若当前线程执行某个方法已经获取了该锁，那么在方法中尝试再次获取锁时，就会获取不到被阻塞
 */
public class UnreentrantLock {

    private boolean isLocked = false;

    public synchronized void lock(){
        System.out.println("进入lock加锁"+Thread.currentThread().getName());
        //判断是否已经被锁，如果被锁则当前请求的线程进行等待
        while (isLocked){
            System.out.println("进入wart等待"+Thread.currentThread().getName());
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果没有被锁，进行加锁

        isLocked = true;
    }

    public synchronized void unlock(){
        System.out.println("进入unlock解锁"+Thread.currentThread().getName());
        isLocked = false;
        //唤醒对象锁池里面的一个线程
        notify();
    }
}


public class Main {


    private UnreentrantLock unreentrantLock = new UnreentrantLock();


    //加锁建议在try里面，解锁建议在finally
    public void  methodA(){

        try {
            unreentrantLock.lock();
            System.out.println("methodA方法被调用");
            methodB();

        } finally {
            unreentrantLock.unlock();
        }

    }

    public void methodB(){

        try {
            unreentrantLock.lock();
            System.out.println("methodB方法被调用");

        } finally {
            unreentrantLock.unlock();
        }

    }


    public static void main(String [] args){

        //演示的是同个线程
        new Main().methodA();

    }

}

控制台输出

温馨提示

同一个线程，重复获取锁失败，形成死锁，这个就是不可重入锁

6.考查对常见的重入锁是否掌握

上机实战：设计一个简单的可重入锁

/**
 * 可重入锁
 * <p>
 * 可重入锁：也叫递归锁，在外层使用锁之后，在内层仍然可以使用，并且不发生死锁
 */
public class ReentrantLock {

    private boolean isLocked = false;

    //用于记录是不是重入的线程
    private Thread lockedOwner = null;

    //累计加锁次数，加锁一次累计加一，解锁一次减少1
    private int lockedCount = 0;

    public synchronized void lock() throws InterruptedException {
        System.out.println("进入lock加锁" + Thread.currentThread().getName());

        Thread thread = Thread.currentThread();


        //判断是否是同个线程获取锁,引用地址的比较
        while (isLocked && lockedOwner != thread) {
            System.out.println("进入wart等待" + Thread.currentThread().getName());
            System.out.println("当前锁状态 isLocked = " + isLocked);
            System.out.println("当前count数量 lockedCount = " + lockedCount);
            wait();

        }

        //如果没有被锁，进行加锁
        isLocked = true;
        lockedOwner = thread;
        lockedCount++;
    }

    public synchronized void unlock() {
        System.out.println("进入unlock解锁" + Thread.currentThread().getName());

        Thread thread = Thread.currentThread();
        //线程A加的锁，只能由线程A解锁,其他线程B不能解锁
        if (thread==this.lockedOwner){
            lockedCount--;
            if (lockedCount==0){
                isLocked = false;
                lockedOwner = null;
                //唤醒对象锁池里面的一个线程
                notify();
            }
        }

    }
}



public class Main {


    private ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();


    //加锁建议在try里面，解锁建议在finally
    public void  methodA(){

        try {
            reentrantLock.lock();
            System.out.println("methodA方法被调用");
            methodB();

        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            reentrantLock.unlock();
        }

    }

    public void methodB(){

        try {
            reentrantLock.lock();
            System.out.println("methodB方法被调用");

        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            reentrantLock.unlock();
        }

    }


    public static void main(String [] args){

        //演示的是同个线程
        new Main().methodA();

    }

}

控制台输出

温馨提示

可重入锁：也叫递归锁，在外层使用锁之后，在内层仍然可以使用，并且不发生死锁

7.考查对常见的synchronized是否掌握，新版JDK6里面优化了什么

对synchronized了解不，能否介绍下你对synchronized的理解

温馨提示

synchronized是解决线程安全的问题，常用在同步普通方法、静态方法、代码块中

非公平、可重入

每个对象有一个锁和一个等待队列，锁只能被一个线程持有，其他需要锁的线程需要阻塞等待。锁被释放后，对象会从队列中取出一个并唤醒，唤醒哪个线程是不确定的，不保证公平性

两种形式：
：生成的字节码文件中会多一个 ACC_SYNCHRONIZED 标志位，当一个线程访问方法时，会去检查是否存在ACC_SYNCHRONIZED标识，如果存在，执行线程将先获取monitor，获取成功之后才能执行方法体，方法执行完后再释放monitor。在方法执行期间，其他任何线程都无法再获得同一个monitor对象，也叫隐式同步

代码块：加了 synchronized 关键字的代码段，生成的字节码文件会多出 monitorenter 和 monitorexit 两条指令，每个monitor维护着一个记录着拥有次数的计数器, 未被拥有的monitor的该计数器为0，当一个线程获执行monitorenter后，该计数器自增1;当同一个线程执行monitorexit指令的时候，计数器再自减1。当计数器为0的时候,monitor将被释放.也叫显式同步

两种本质上没有区别，底层都是通过monitor来实现同步, 只是方法的同步是一种隐式的方式来实现，无需通过字节码来完成

jdk1.6后进行了优化，你知道哪些大的变化

温馨提示

有得到锁的资源进入Block状态,涉及到操作系统用户模式和内核模式的切换，代价比较高
jdk6进行了优化，增加了从偏向锁到轻量级锁再到重量级锁的过渡，但是在最终转变为重量级锁之后，性能仍然较低

8.考查对常见的CAS是否掌握

了解CAS不，能否解释下什么是CAS

温馨提示

全称是Compare And Swap，即比较再交换，是实现并发应用到的一种技术
底层通过Unsafe类实现原子性操作操作包含三个操作数 —— 内存地址（V）、预期原值（A）和新值(B)。
如果内存位置的值与预期原值相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值，若果在第一轮循环中，a线程获取地址里面的值被b线程修改了，那么a线程需要自旋，到下次循环才有可能机会执行。

CAS这个是属于乐观锁，性能较悲观锁有很大的提高
AtomicXXX 等原子类底层就是CAS实现，一定程度比synchonized好，因为后者是悲观锁

9.并发编程面试核心点CAS常见存在的问题考查

CAS会存在什么比较严重的问题？

温馨提示

1、自旋时间长CPU利用率增加，CAS里面是一个循环判断的过程，如果线程一直没有获取到状态，cpu资源会一直被占用

2、存在ABA问题

能否解释下什么是ABA问题，怎么避免这个问题呢？

温馨提示

如果一个变量V初次读取是A值，并且在准备赋值的时候也是A值，那就能说明A值没有被修改过吗？其实是不能的，因为变量V可能被其他线程改回A值，结果就是会导致CAS操作误认为从来没被修改过，从而赋值给V

给变量加一个版本号即可，在比较的时候不仅要比较当前变量的值还需要比较当前变量的版本号。
在java5中，已经提供了AtomicStampedReference来解决问题，检查当前引用是否等于预期引用，其次检查当前标志是否等于预期标志，如果都相等就会以原子的方式将引用和标志都设置为新值

本文作者为DBC，转载请注明。