1.1.1 java基础

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1.1.1 Java程序运行原理分析

1、class文件内容
魔数：0xCAFEBABE
版本：JDK版本
访问标志：类的访问修饰符(public)
常量池
当前类
超级类
接口
字段
方法
属性

2、JVM运行时数据区

**方法区**：类信息、常量、静态变量、编译后的代码
**堆内存**：创建的对象、OutOfMemoryError
**虚拟机栈**：多个线程
          一个线程一个私有空间
          一个线程执行多个方法
          一个方法对应多个栈帧
          栈内存默认最大是1M
          为JAVA代码准备的
**本地方法栈**：与虚拟机栈功能类似
            为Native方法准备的
**程序计数器**：当前线程字节码指令执行位置

栈帧：局部变量表(本地变量表)、操作数栈、动态链接、方法返回地址、附加信息
线程共享（主内存）：方法区、堆内存
线程独占（工作区）：虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器

1.1.2线程状态

线程的6个状态
New：尚未启动的状态（没有调用start方法）
Runnable：CPU正在执行、可运行(等待CPU调动)
Blocked：线程阻塞等待锁(synchronized)
Waiting：等待(没有等待时间，比如wait/join)
Timed Waiting：具有指定等待时间的等待状态(比如sleep)
Terminated：终止线程（正常执行完/异常终止）

在这里插入图片描述

1.1.3线程中止

正确的线程中止方法：interrupt、标志位(控制循环的条件)
interrupt正常中止的情况：
线程在调用Object类的wait()、wait(long)、wait(long,int)，
Thread类的join()、join(long,int)、sleep(long,int)方法时被阻塞，interrupt会生效，抛出InterruptedException异常
线程是被I/O或NIO中的Channel所阻塞，interrupt会生效（抛出对应的I/O或NIO异常）

1.1.4内存屏障和CPU缓存

1、CPU性能优化手段：
缓存(CPU的一级缓存的容量通常在32~4096KB)
CPU读数据时，先在L1(一级缓存)中寻找，再从L2寻找，再从L3寻找，然后是内存，再后是外存储器
CPU对缓存进行改动时，需要发通知给其他CPU
CPU在读写缓存时，要监听其他CPU发出的通知，保证缓存的一致性
运行时指令重排：
仅在单CPU自己执行时，能保证结果正确
遵守as-if-serial语义（为提高并行度，不会对存在数据依赖关系的操作做重排序）
2、内存屏障：
写内存屏障(强制写入主内存)：在指令后插入Store Barrier,让写入缓存中的最新数据更新写入主内存
读内存屏障(强制读取主内存)：在指令前插入Load Barrier,让高速缓存中的数据失效，强制重新从主内存加载数据

1.1.5线程通信

1、线程通信的2种机制
wait/notify机制（有顺序要求、等待时会释放锁）
wait：当前线程等待，加入该对象的等待集合中，并且放弃当前持有的对象锁
notify/notifyAll：方法唤醒一个或所有正在等待这个对象锁的线程
park/unpark机制(没有顺序要求、等待时不会释放锁)
park：等待(许可/令牌)
unpark：提供(许可/令牌)

在lambda表达式中，this就是调用当前方法的对象，lambda不会创建对象
2、两种机制的优缺点
wait/notify要求在同步关键字里使用(否则会抛出IllegalMonitorStateException(非法监视器状态异常))，免去死锁，但是一定要先调用wait,再调用notify，否则永久等待
park/unpark没有顺序要求，但是park不会释放锁，所以在同步代码中使用要注意
3、伪唤醒
指线程并不是因为notify、notifyAll、unpark等api调用而唤醒，是更底层原因导致的
wait方法正确的判断方式：
synchronized(obj){
while(<条件判断>)
obj.wait();
…//执行后续操作
}
park方法正确的判断方式：
while(<条件判断>)
LockSupport.park();
…//执行后续操作

1.1.6线程封闭

线程封闭：将数据封闭在线程中而避免使用同步的技术叫线程封闭
线程封闭具体体现：ThreadLocal、局部变量
ThreadLocal：每个线程都拥有自己独立的变量（副本）
局部变量(栈封闭)：位于执行线程的栈中，其他线程无法访问这个栈

1.1.7线程池

代码参考Demo9

1、线程：java中是一个对象
操作系统的资源
创建、销毁需要时间
2、线程池：为了方便控制线程数量
3、线程池原理：
线程池管理器：用于创建并管理线程池（创建线程池、销毁线程池、添加新任务）
工作线程：线程池中线程(可循环执行任务)
任务接口(Runnable)：规定了任务的入口、任务执行完后的收尾工作、任务的执行状态
任务队列：存放没有处理的任务（缓存机制）
4、线程池接口：
Executor：最上层的接口，定义了执行任务的方法execute
ExecutorService：继承了Executor，扩展了Callable、Future、关闭方法
ScheduledExecutorService：继承了ExecutorService，增加了定时任务相关的方法
5、线程池实现类：
ThreadPoolExecutor：基础、标准的线程池实现
ScheduledThreadPoolExecutor：继承了ThreadPoolExecutor,实现了ScheduledExecutor中相关的定时任务的方法
6、Executors工具类：
newFixedThreadPool(int nThreads)：核心线程数=最大线程数，无界队列
newCachedThreadPool()：核心线程数=0，最大线程数=Integer.MAX_VALUE，无界队列

               **SynchronousQueue**每次执行offer方法先判断有没有空闲线程，如果没有空闲线程offer方法失败，接着创建一个新的线程
         newSingleThreadExecutor()：只有一个线程的线程池，无界队列
         newScheduledThreadPool(int corePoolSize)：核心线程数由参数指定，最大线程数=Integer.MAX_VALUE,无界队列

7、任务execute过程：
线程池达到核心线程数量，就判断工作队列是否已满，如果已满，就判断是否达到最大线程数量，如果没达到，就建新线程执行任务

在这里插入图片描述

调用线程池的shutdown方法：不接收新的任务，等已在线程池的任务全部执行完后，再终止线程池
调用线程池的shutdownNow方法：立刻终止，不接收新的任务，返回等待任务数，线程池中未执行完的任务被终止(抛出interruptedException)
确定合适数量的线程：
计算型任务：cpu数量的1~2倍
IO型任务：根据具体的IO阻塞时长进行考量(tomcat默认最大线程数200)