高并发基础

多线程

什么是线程？
线程是指程序在执行过程中，能够执行程序代码的一个执行单元，在Java语言中，线程有四种状态：运行，就绪，挂起，结束。

线程与进程的区别？
进程是一段正在运行的程序,而线程有时也被称为轻量级进程,它是进程的执行单元,一个进程可以拥有多个线程,各个线程之间共享程序的内存空间,但是各个线程拥有自己的栈空间。

为什么使用多线程？
（1）使用多线程可以减少程序的响应时间。单线程如果遇到等待或阻塞,将会导致程序不响应鼠标键盘等操作,使用多线程可以解决此问题,增强程序的交互性。
（2）与进程相比，线程的创建和切换开销更小，因为线程共享代码段、数据段等内存空间。
（3）多核CPU，多核计算机本身就具有执行多线程的能力，如果使用单个线程，将无法重复利用计算资源，造成资源的巨大浪费。
（4）多线程可以简化程序的结构，使程序便于维护，一个非常复杂的进程可以分为多个线程执行

线程调度？
JAVA虚拟机的一项任务就是负责线程的调度,线程调度是指按照特定机制为多个线程分配CPU的使用权。

锁

**synchronized(同步锁)
	1.锁住临界对象（当对访问当前对象限定比较低时使用）
	2.锁当前对象（当对访问当前对象锁级别高时使用）
	3.锁当前类对象（静态方法或代码块锁住的类对象）
	**同步方法太重，不建议锁；建议使用同步代码块，可以避免锁的范围太高**
	**阻塞越少就越轻**
	**缩小锁的范围能提高性能**
	加锁的目的：保证操作的原子性
	同步方法只影响其他线程调用同一个同步方法时的锁问题，不影响其他线程调用非同步方法，或调用其他锁资源的同步方法
	锁可重入：同一个线程，多次调用同步代码块，锁定同一个锁对象，可重入
	子类同步方法覆盖父类同步方法，可以指定调用父类同步方法，相当于锁重入
	锁与异常：当同步方法中发生异常时，自动释放锁，不会影响其他线程的执行
	同步代码一旦加锁后，会有一个临时的锁引用执行锁对象，和真实引用无直接关联，在锁未释放之前，修改锁对象引用不会影响同步代码的执行
	在定义同步代码块时，不要使用常量作为锁对象
**volatile（内存可见性）
	这个关键字就是告诉os底层，在访问变量的时候要去内存中查看最新值，不要看cpu中缓存的值（告诉cpu刷新缓存空间）
	这个关键字就是告诉os底层，在cpu计算过程中，都要检查内存中数据的有效性，保证最新的内存数据被使用
	只能保证可见性，不能保证原子性
	AtomicXxx：原子操作类型。其中每个方法都是原子操作，可以保证线程安全
**CountDownLatch（门闩）
	可以和锁混用，或代替锁功能，在门闩未完全开放之前等待，完全开放后执行，避免锁效率低下的问题
**reentrantLock
	重入锁：
		lock()：加锁（相当于synchronized），建议使用，比synchronized效率高，量级较轻
		unlock()：解锁
	尝试锁：
		trylock()：尝试锁，如果有锁，无法获取锁标记，返回false。获取返回true
		unlock()：解锁，在解除锁时一定要判断是否获取了锁标记，如果当前线程没有获取到锁标记，会抛出异常
		trylock(5，TimeUnit.SECONDS)：阻塞尝试锁，如果超过5秒没有获取到锁标记，就不等待，直接返回false
	可打断锁：
		lockInterruptibly()：可尝试打断锁，阻塞等待锁（类似于sleep），可被打断，lock的不能被打断
		interrupt()：打断线程休眠，只要被打断的线程，一定会抛异常（只能打断阻塞的线程，不能打断执行的线程）
	公平锁：		
		ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true) 这个true就是定义公平锁
		记录等待时常，不建议使用
阻塞状态包括：普通阻塞，等待队列，锁池队列
		普通阻塞：sleep()，可以被打断，调用thread.interrupt()，可以打断阻塞状态，抛出异常
		等待队列：wait()被调用，也是一种阻塞，可以被notify()唤醒，无法打断
		锁池队列：无法获取锁标记，不是所有的锁池队列都能被打断
			使用reentrantLock的lock()，获取锁标记的时候，无法被打断
			使用reentrantLock的lockInterruptibly()，获取锁标记的时候，可以被打断	
锁的种类（JVM控制）：
	偏向锁，自旋锁，轻量级锁，重量级锁
锁的使用方式：
	先提供偏向锁，如果不满足，升级为轻量级锁，再不满足，升级为重量级锁。
	自旋锁是一个过渡的锁状态，不是一种实际的锁类型
	锁只能升级，不能降级
	重量级锁：
		三个线程以上，就一定使用重量级锁
	偏向锁(偏向于某个线程)：
		是一种编译解释锁。如果代码中不可能出现多线程并发争抢同一个锁的时候，JVM编译代码解释执行的时候，会自动放弃同步信息。
		消除synchronized的同步代码结构,使用锁标记的形式记录锁状态,在Monitor中有变量ACC_SYCHRONIZED,当变量值使用的时候,代表偏向锁锁定
		可以避免锁的争抢和锁池状态的维护，提供效率。
	轻量级锁：
		过渡锁。当偏向锁不能满足的时候，也就是有多线程并发访问的，锁定同一个对象的时候，先提升为轻量级锁。
		也是使用标记ACC_SYCHRONIZED记录，Monitor也会记录未获取锁的线程的位置，线程的信息在栈帧上。
		就是只要两个线程争抢锁标记的时候，优先使用轻量级锁。
		两个线程也可能出现重量级锁
	自旋锁：
		一个过渡锁。是偏向锁和轻量级锁的过渡。
		当获得锁的过程中未获取到，为了提高效率，jvm自动执行若干次空循环，减少状态变更(提高效率)，再次申请锁，而不是进入阻塞状态的情况。

同步容器

解决并发情况下的容器线程安全问题，给多线程环境准备一个线程安全的容器对象
线程安全的容器对象：vector、hashtable。线程安全的容器对象是用synchronized方法实现的。
concurrent包中的同步容器，大多数使用系统底层技术实现的线程安全
**Map/Set:
	ConcurrentHashMap/ConcurrentHashSet
		底层hash实现的同步Map/Set。效率高，线程安全。
		使用底层技术实现线程安全，量级较sychronied低。
	ConcurrentSkipListMap/ConcurrentSkipListSet
		底层跳表实现的Map/Set，有序，效率比ConcurrentHashMap稍低
**List：
	CopyOnWriteList
		写时复制集合。写时效率低，读时效率高，每次写入数据，都会创建一个新的底层数组，读的时候返回最新的数组，所以读的效率高。
		用在写少读多的场景
**Queue：
	ConcurrrentLinkedQueue：
		底层由链表实现，队列FIFO
		基础链表同步队列
		offer()：增加数据，向后增加
		size()：长度
		peek()：查看queue中的首数据
		poll()：获取queue中的首数据，是取出。长度会-1
	LinkedBlockingQueue：
		阻塞容器
		put()和take()自动阻塞
		put()自动阻塞，队列容量满后，自动阻塞
		take()自动阻塞，队列容量为0后，自动阻塞
	ArrayBlockingQueue：
		有界队列容器，底层数组实现的有界队列。
		自动阻塞
		根据调用api(add/put/offer)不同，有不同的特性
		容量不足的时候，有阻塞能力
		add()：在容量不足的时候，抛出异常
		put()：在容量不足的时候，自动阻塞
		offer()：
			单参数(offer(value))：容量不足的时候，自动放弃后面的数据，返回false。默认无阻塞
			多参数(offer(value,times,timeunit))：容量不足的时候，阻塞times时长(单位为timeunit)
						如果在阻塞时长内，有容量空闲，新增数据返回true；如果无容量空闲，放弃新增数据，返回false
	DelayQueue:
		只能存Delayed类型的对象(实现Delayed接口的对象)
		无界容器
		用在定时任务，计划任务上
	LinkedTransferQueue：
		转移队列。无容量。在transfer的时候，队列直接阻塞，然后将数据交给来取数据的。可缓存数据
		转移队列，使用transfer()，实现消息的即时处理，没有消费者，就阻塞
		add()：队列会保存数据，不做阻塞等待
		transfer()：transferQueue的特有方法，必须有消费者(take()的调用者)
							如果没有任意线程消费数据，transfer阻塞
							一般用于处理即时消息
	SynchronousQueue:
		有界容器
		阻塞队列
		同步队列，是一个容量为0的队列。是一个特殊的transferQueue，不能缓存数据，永远为0
		必须有消费者等待，才能使用的队列
		add()：无阻塞，若没有消费线程等待，则抛出异常
		put()：有阻塞，若没有消费线程阻塞等待，则阻塞

线程池

Executor：
	线程池底层处理机制
	在使用线程池的时候，底层如何调用线程中的逻辑
	线程池顶级接口
	常用方法：void execute(Runnable)；用于处理任务的一个服务方法，调用者提供Runnable接口的实现，线程池通过线程执行这个Runnable；
	作用就是启动线程任务
ExecutorService：
	线程池服务类型，所有的线程池类型都实现了这个接口。实现这个接口，代表可以实现线程池能力。类似于Executor的集合
	Executor的子接口
	常见方法：
		void execute(Runnable)：父类方法
		Future submit(Callable)：提供线程执行后的返回值
		Future submit(Runnable)：不提供线程执行后的返回值	
		shutdown()：优雅关闭。不是强行关闭线程池，回收线程池的资源。而是不在处理新的任务，将已接收的任务处理完毕后，在关闭。
	线程池状态：
		running：线程池正在执行中
		shutingdown：线程池正在关闭过程中，优雅关闭
		terminated：线程已经关闭
Callable：
	可执行接口。
	类似Runnable接口，也是启动线程的一个接口。
	其中定义的方法为call()，call()的作用和Runnable接口中的run()方法完全一致，但是call()有返回值。
Future：
	代表未来结果，也就是线程执行结束后的一种结果
	常用方法：
		T get()：获取返回结果，阻塞等待线程执行结束并得到结果
		T get(long，timeunit)：获取返回结果，阻塞固定时长等待线程执行后的结果，如果在阻塞时长内，线程未结束，抛出异常；
Executors：
	Executor的工具类。类似于Collection(集合)的Collections类(集合工具类)
	可以更简单的创建若干种线程池
	线程池是一个进程级的重量级资源。默认生命周期和jvm一致；如果手工调用shutdown()，那么线程池执行所有的任务后，线程池自动关闭
FixedThreadPool:
	定长容量线程池(固定容量)，在创建线程池的时候容量固定
	ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5); //参数是最大容量
	都有一个任务队列，使用的是BlockingQueue<Runnable>作为任务的载体
	当任务数量大于线程池容量的时候，没有运行的任务保存在任务队列中，当线程有空闲的时候，自动从队列中取出任务执行
	Queued tasks：任务队列
	completed tasks：结束任务队列，(没有队列，只是计数)
	使用场景：
		大多数情况下使用的线程池，首选FixedThreadPool。因为OS系统和硬件是有线程支持上限的。不能随意无限制提供线程池
	线程池默认容量上限：Integer.MAX_VALUE
	常见线程池容量：PC-200，服务器-1000～10000
	并发处理能力大概：线程数*（10～18）
CachedThreadPool：
	缓存线程池，自动扩容
	容量管理策略：
		如果线程池中的线程数量不满足任务执行，创建新的线程
		如果线程池中的线程空闲时长达到一定的临界值(默认60秒)，自动释放线程(自动销毁)
	无容量限制的线程池，最大容量为Integer.MAX_VALUE
	ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
	应用场景：内部应用或测试应用
ScheduledThreadPool：
	计划任务线程池
	底层就是delayedQueue
	ExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(3); //容量为3
	方法：
		scheduledAtFixedRate(Runnable,start_limit,limit,timeunit)  阻塞式的，效率比较低下
			Runnable：要执行的任务
			start_limit：第一次任务执行的间隔
			limit：多次任务执行的间隔
			timeunit：时间单位
SingleThreadPool：
	ExecutorService service = Executors.newSingleThreadExecutor();
	线程容量永远为1，单一容量线程池
	使用场景：保证任务顺序时使用
ForkJoinPoll：
	分支合并线程池，适用于处理复杂任务
	初始化线程容量与cpu核心数相关
	递归完成复杂任务,主要用于科学计算或数据运算
	没有所谓的容量，默认都是一个线程。根据任务自动分支新的线程
	ForkJoinPoll pool = new ForkJoinPoll(); 
	ForkJoinTask(抽象类)：分支合并任务，ForkJoinPoll里面能执行的任务必须是ForkJoinTask，里面就是任务处理方式
	线程池中运行的任务类型必须是ForkJoinTask的子类型(RecursiveTask，RecursiveAction)，其中提供了分支和合并的能力
	RecursiveTask：有返回结果的分支合并任务(callable)
	RecursiveAction：无返回结果的分支合并任务(runnable)
	compute()：任务的执行逻辑
ThreadPoolExecutor：
	线程池的底层实现
	模拟FixedThreadPool，核心线程5，最大容量5，线程生命周期无限
	ExecutorService service=new ThreadPoolExecutor(5,5,0L,TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
	使用场景：默认提供的线程池不符合条件时使用