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2.28TODO

后端2024-10-20 12:34:40

1. 多线程

进程是程序的一次执行过程，是系统运行的基本单位。
线程是比进程更小的执行单位，一个进程可以包含多个线程
并行：单位时间多个处理器同时处理任务
并发：单个处理器处理多个任务，按照时间片轮流处理
即使是单核的处理器也支持多线程，处理器会给每个线程分配CPU时间片，线程根据拿到的时间片去执行任务，因此多线程会经常进行线程切换，当切换到下一个线程时，当前线程会保存当前任务的执行状态，等待再次拿到时间片再继续执行任务
多线程的优缺点
1. 优点：当一个线程进入阻塞或者等待状态时，CPU可以先去执行其他线程，提高了CPU的效率
2. 缺点：
  1. 频繁进行线程切换，上下文切换，影响执行速度
  2. 死锁问题
死锁如何产生，如何避免
1. 产生：两个或两个以上的线程互相竞争对方的资源，而且同时不释放自己持有的资源时，发生死锁，导致所有线程同时阻塞
2. 条件：
  1. 互斥条件：一个资源在同一时刻只能由一个线程持有
  2. 请求与保持状态：一个线程在请求获取资源时发生阻塞，同时它持有的资源不释放
  3. 循环等待条件：发生死锁时，所有线程一致阻塞
  4. 不剥夺条件：线程已获得的资源在未使用完时不能被其他线程剥夺，只能由自己使用完后释放
3. 避免：破环死锁产生的条件
  1. 互斥条件无法被破坏，因为锁的作用就是使线程互斥
  2. 破坏请求与保持条件：一次性请求所有的资源
  3. 破坏循环等待条件：按顺序来申请资源
  4. 破坏不剥夺条件：在申请不到资源时，释放自己持有的资源
线程的生命周期
1. 初始：线程被创建，还没有调用start()
2. 可运行：调用start()后，等待cpu调度
3. 运行：执行run()方法，就绪和运行两种状态
4. 阻塞：一般是被动的，在竞争资源时得不到资源，被动挂起在内存，等待资源被释放将其唤醒。
5. 等待：进入该状态的线程需要等待其他线程的动作(通知或中断)
6. 超时等待
7. 终止：执行完毕
线程中断：线程在运行过程中被其他线程打断
1. interrupt()：给目标线程发送中断信号
2. interrupted()：判断目标线程是否被中断
创建线程的方式：实现接口比较好，开销小
1. 继承Thread类，重写run()方法，创建子类实例对象，调用start()方法
2. 实现Runnable接口，重写run()方法，创建接口实现类的实例对象，将实例对象作为参数创建Thread对象，thread对象调用start()方法
3. 实现Callable接口
  1. 创建Callable接口的实现类，重写call()方法
  2. 使用实现类的实例化对象，创建FutureTask对象
  3. 使用FutureTask对象作为参数创建Thread对象
  4. 调用start()方法
4. 线程池
Runnable接口和Callable接口
1. 相同点：都是接口，都需要调用Thread.start()启动线程
2. 不同点：Callable是call()方法，有返回值。Runnable是run()方法，没有返回值
start()方法和run()方法
1. run()方法定义执行的逻辑，start()方法启动线程
2. run()方法可以多次被执行，start()方法只能调用一次
线程的其他方法：wait()、sleep()、notify()、notifyAll()、join()、yield()
1. wait()：使一个线程处于阻塞状态，并释放所持有的对象的锁
2. sleep()：使当前线程进入指定的毫秒数的休眠，暂停执行，需要处理InterruptedException
3. notify()：唤醒一个处于等待状态的线程，不能确切唤醒某一个，由JVM决定唤醒，与优先级无关
4. notifyAll()：唤醒所有处于等待状态的线程，让它们竞争，获得锁的线程进入就绪状态
5. join()：在一个线程中调用另一个线程的join()方法，会使当前线程挂起，知道执行join()方法的线程结束。比如B线程中调用A线程的join()方法，B线程进入阻塞状态，知道A线程结束
6. yield()：提醒调度器，线程愿意放弃当前的CPU资源，使线程从运行状态切换到就绪状态
sleep()方法和yield()方法
1. sleep()方法会使当前线程暂停指定的时间，没有消耗cpu时间片
2. sleep()方法使线程进入阻塞状态，yield()对cpu进行提示，使得上下文进行切换，线程进入就绪状态
3. sleep()一定会完成指定的休眠时间，yield()不一定
4. sleep()需要抛出InterruptException
sleep()方法和wait()方法
1. sleep()是Thread类的方法，wait()是Object类的方法
2. 都能使线程进入阻塞状态
线程通信方式
1. volatile：读时要求线程去主内存读取最新的变量，写时将工作内存修改后的变量刷新到主内存
2. synchronized：读时加锁实现只有一个线程去主内存读取变量，写时释放锁后将修改的变量刷新到主内存
3. wait()和notify()：线程A调用wait()进入等待，线程B调用notify()将线程A唤醒
4. join()：线程A调用join()阻塞线程B，线程B要等待线程A执行完才能继续执行
为什么wait()、notify()、notifyAll()是在Object类中
1. 因为只有同一个锁上等待的线程才能被notify()和notifyAll()唤醒，而锁可以是任何对象，因此都属于Object类可以保证wait()线程一定能被notify()唤醒
在Java中如何保证线程安全：原子性、可见性、有序性。volatile不能保证原子性，所以volatile不是线程安全的
1. 原子性：一个操作要么全部执行成功，要么执行失败。线程切换导致的原子性问题
2. 内存可见性：一个线程对共享变量的修改，另一个线程能立刻看到。缓存导致的可见性问题
3. 指令有序性：指代码按照先后书写的顺序执行，但是实际编译时，可能会出现指令重排现象，编译结果跟原先代码的书写顺序不一致
4. 如何解决：
  1. 原子性：atom原子类、lock、synchronized
    1. 原子类：会以原子方式将当前值加 1，并返回更新后的值。
    2. lock和synchronized保证只有一个线程对变量进行操作
  2. 可见性：synchronized、lock、volatile
    1. volatile读时需要从主内存读取最新的变量，写时将最新修改的变量刷新到主内存
    2. synchronized读时加锁实现只有一个线程去主内存读取变量，写时释放锁后将修改的变量刷新到主内存
  3. 有序性：synchronized、lock、volatile
    1. synchronized和lock保证了只有一个线程去执行代码指令
    2. volatile通过内存屏障保证有序性
5. happens-before原则：先行发生原则。操作A在操作B之前执行，则操作A中对共享变量的修改要对执行操作B的线程可见，且操作A不会在操作B之后执行。
6. 为什么volatile不能保证原子性
  对于复合操作，比如a++，这个操作有三步：
  1、拿到a
  2、执行a+1
  3、将a+1的结果赋值给a
  假设现在a=1，线程A和线程B同时执行a++，线程A先拿到a=1，开始执行a+1。而此时线程B已经完成，将a=2刷新回主内存。那么此时线程A拿到的a=1就失效了
synchronized关键字
1. synchronized和volatile：synchronized可以保证原子性、可见性、有序性。volatile不能保证原子性
2. 实现的是什么锁
  1. 悲观锁：每次访问共享资源都会上锁
  2. 非公平锁：线程获取锁的顺序不一定是按照线程阻塞的顺序
  3. 可重入锁：已经获取过锁的线程可再次获取锁
  4. 排他锁：锁只能被一个线程持有，其他线程被阻塞
3. 使用方式
  1. 修饰普通同步方法：作用在方法所属的类实例对象，new两个实例对象，无法实现锁
  2. 修饰静态方法：作用在方法所属的类，new两个类实例对象，能实现锁
  3. 修饰代码块：锁粒度小
4. 底层原理：
  1. 其底层有一个monitor，当有多个线程进来获取锁时，先通过CAS方式将monitor的owner变更为当前线程，成功则count+1。当线程执行完同步代码块后，释放锁，count-1，当前count为0时，表示锁可以被获取
5. 锁升级
  1. 无锁
  2. 偏向锁
  3. 轻量级锁
  4. 重量级锁

volatile关键字
1. volatile是一个轻量级的synchronized，一般作用于变量
2. 特性：内存可见性、指令有序性、不能保证原子性
3. 如何实现内存可见性：
  读：要求线程去主内存读取最新的变量
  写：将最新修改的变量刷新到主内存
4. 如何实现指令有序性：插入内存屏障
  1. 写操作前：确保之前的写都已经刷新到主内存
  2. 写操作后：禁止与后面的volatile操作重排
  3. 读操作前：禁止与后面的读重排
  4. 读操作后：禁止与后面的写重排
5. volatile与synchronized的区别
  1. 作用域：volatile作用于变量，synchronized作用于方法和代码块
  2. 线程安全：volatile不是线程安全(不能保证原子性)，synchronized是线程安全
  3. 线程阻塞：volatile不会阻塞线程，synchronized会阻塞线程
CAS：compareAndSwap比较并替换
1. CAS是一种无锁机制，有三个操作数：内存值、预期值、新值。当且仅当内存值等于预期值时，才会将内存值替换为新值，否则进行自旋。也就是说当多个线程共同操作一个共享变量时，只有一个线程可以对变量进行更新，其他线程会操作失败，然后进行再次尝试，这就是自旋
2. CAS的自旋操作：是CPU级别的操作，原子性操作，速度快，但是CPU占用高，因此可以设置一个自旋上限
3. ABA问题：指的是预期值本来是A，后来变成了B，最后又变成A，此时线程进来更新，发现预期值是A，就把新值更新了
4. 解决ABA问题：原子类的AtomicStampedReference，在变量前加一个版本号，这样就变成了1A2B3A
5. 用途：synchronized的锁升级过程用到CAS，CouncurrentHashMap的put方法用到了CAS，原子类的自增方法用到CAS
6. Unsafe类调用cas
AQS：抽象队列同步器，使用一个volatile的int类型的成员变量state来同步状态，通过CAS修改同步状态的值，当线程尝试获取锁时，如果此时state为0，则线程可以获取锁，state修改为1。其他线程就要等待state变为0才能获取
ThreadLocal
1. 底层原理：每个线程都有一个ThreadLocalMap，key为ThreadLocal，value为object对象
2. java引用类型
  1. 强引用：gc时不会被回收
  2. 软引用：发生内存溢出时被回收
  3. 弱引用：下一次gc时被回收
  4. 虚引用：随时会被回收
3. 内存泄漏问题
  1. 因为作为key的threadlocal是弱引用，而value值object对象是强引用，key是弱引用在下一次gc时被回收了，而value是强引用不会被gc回收，但是key没了，找不到value，value就永远不会被回收
4. 解决内存泄漏：在调用set()、get()、remove()这些方法时，会清理掉key为null的记录，所以使用完之后调用remove()

Reentrantlock和synchronized
1. 可重入：synchronized和reentrantlock都是可重入的
  1. synchronized通过AQS实现
  2. reentrantlock在每次获得锁的时候，检查当前维护的线程id和当前正在请求的线程id是否一致，如果一致，计数器+1，表示锁被当前线程获取了多次
2. 实现方式
  1. synchronized是通过JVM
  2. reentrantlock是通过jdk
3. synchronized只能实现非公平锁
4. synchronized只能通过随机唤醒wait线程，reentrantlock可以绑定多个condition实现精确唤醒
5. 如果不是需要使用ReentrantLock的高级功能，优先使用synchronized，因为synchronized是基于JVM实现的，不需要手动释放锁，而ReentrantLock要手动释放锁，否则会造成死锁

公平锁和非公平锁
1. new ReentrantLock();默认是非公平锁，可以通过new ReentrantLock(boolean fair)指定创建公平锁
2. 公平锁指的是只有阻塞队列头部的线程才能获取锁，而非公平锁只要线程通过AQS的CAS成功获取锁就能

乐观锁：CAS，不加锁执行，进行重试，直到成功
悲观锁：synchronized和reentrantlock，先加锁再操作

线程池
1. 优点：线程可复用，减少重复创建线程和销毁线程
2. 缺点：大量创建线程会导致OOM
3. 创建线程池方式：
  1. Executor工厂：
    1. newSingleThreadExecutor()：创建单线程的线程池
    2. newFixedThreadPool()：创建固定数量的线程池
    3. newCachedThreadPool()：创建可缓存的线程池
    4. newScheduleThreadPool()：创建固定数量的定时线程池的线程池
  2. new ThreadPoolExecutor()
4. 重要参数
  1. corePoolSize：核心线程数，定义了最小可同时工作的线程数量
  2. maximumPoolSize：线程池中允许存在的最大工作线程数量
  3. workQueue：存放任务的阻塞队列，新来的任务会先判断当前运行的线程数是否已达到核心线程数，如果达到，任务会先放在阻塞队列
  4. keepAliveTime：当线程池中数量大于核心线程数时，如果没有新的任务提交，核心线程数量外的线程等待keepAliveTime后销毁
  5. unit：keepAliveTime的时间单位
  6. threadFactory：创建新线程的线程工厂
  7. handler：线程池任务数量超过maximumPoolSize的拒绝策略
5. 拒绝策略：
  1. abortPolicy：抛出异常拒绝任务
  2. callerRunPolicy：由提交该任务的线程处理
  3. discardPolicy：丢弃新任务
  4. discardOldestPolicy：丢弃最早的未处理任务
6. 使用Executor创建线程池有哪些坑
  1. CachedThreadPool()和ScheduledThreadPool()的maximumPoolSize是Integer.MAX_VALUE，可能创建大量线程导致OOM
  2. FixedThreadPool()和SingleThreadPool()的workQueue的长度为Integer.MAX_VALUE，可能堆积大量的等待任务导致OOM
7. execute()：提交没有返回值的任务
8. submit()：提交有返回值的任务

2. JVM

JVM内存结构：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区
1. 堆：是JVM中最大的一块内存空间，存放new创建的对象，gc回收主要回收的就是堆中的对象，堆又分为新生代和老年代
  1. 新生代：存放新创建的对象和短期存活的对象。新生代分为eden区、fromSurvivor区、toSurvivor区。对象优先分配到eden区，当eden区空间满了之后，执行MirrorGc，回收新生代的空间，如果对象经过多次gc（默认15次）后依旧存活，则移动到老年代空间
  2. 老年代：存放长期存活的对象和大对象，如果新创建的对象是大对象，直接分配到老年代。当老年代空间满了之后，会执行FullGc，回收堆空间，如果FullGc后空间依旧不足，抛出OOM
2. 栈：java虚拟机栈和本地方法栈
  1. java虚拟机栈：执行java方法，期间会创建栈帧，存放局部变量表，局部变量表上存放着基本数据类型和引用数据类型的引用指针。
  2. 本地方法栈：执行System方法，
3. 方法区：存放被加载的类信息、常量、静态变量、编译后的代码
4. 程序计数器：是当前线程所执行的字节码的行号指示器。多线程情况下，线程通过获得CPU时间片来执行任务，当线程时间片用完发生中断时，线程在字节码执行的位置会被记录，等待下一次获得时间片时，再从这个位置继续执行。

哪些是线程共享的，哪些是线程私有的
1. 共享：堆、方法区。因为这两个区域存放着对象、常量和静态遍历
2. 私有：程序计数器、栈

哪些区域可能发生OOM：堆、栈、方法区
1. 堆
  1. 老年代存在大对象。比如大的数组
  2. 存在未被回收的对象，内存泄漏
  3. 解决：可通过jmap查看堆内存使用情况，如果是存在大对象，可以通过调整-Xmx和-Xms调整堆内存大小
2. 栈：大量创建线程
  解决：-Xss调整每个线程的大小
3. 方法区
  1. 常量池存放了大量的String
  2. 创建了大量的类，存放了大量的类信息
  3. 解决：-XX:MetaSpaceSize调整元空间大小

java引用类型
1. 强引用：gc时不会被回收，new创建的对象是强引用
2. 软引用：发生内存溢出时被回收
3. 弱引用：下一次gc时被回收
4. 虚引用：随时会被回收

Gc标记方法
1. 引用计数法：每个对象都有一个引用计数器，有引用计数+1，释放引用计数-1，0表示对象可以被回收
  1. 优点：实时计算
  2. 缺点：实时计数，开销大
  3. 存在循环引用问题，如果两个对象相互引用，它们的计数都不为0，都无法被回收
2. 可达性分析：从GCroots开始往下，当一个对象在Gcroots中没有任何一条引用链与之相连，表名该对象可以被回收
  1. 可作为gcroots的对象：java虚拟机栈的引用对象、本地方法栈的引用对象、方法区的静态变量、方法区的常量

GC算法
1. 标记清除法
  1. 过程：先对需要回收的对象进行标记，标记完成后同一清除
  2. 问题：效率低，清除过程会产生空间碎片
2. 标记复制法
  1. 过程：先将内存分为大小相等的两块空间，先使用其中一块，当这一块空间满了之后，对这块空间需要回收的对象进行标记、回收，将存活的对象移动到另一块空间
  2. 问题：运行高效，但空间浪费
3. 标记整理法
  1. 过程：先对需要存活的对象进行标记，标记完成后将这些对象移到内存空间的一边，回收这块空间以外的区域
  2. 优点：不会产生空间碎片
  3. 缺点：用在老年代，需要移动的对象大，效率低
4. 分代收集法
  1. 新生代因为存活的对象少，使用标记复制法
  2. 老年代因为有大对象和长期存活的对象，使用标记清除法或者标记整理法

GC收集器
1. CMS：并发标记清除
  1. 过程：初始标记(STW)、并发标记(STW)、重新标记、并发清除
  2. 初始标记和并发标记阶段会STW
  3. 优点：并发标记、清除，效率高，停顿短
  4. 缺点：基于标记清除法，会产生空间碎片
2. G1：并行并发
  1. 过程：初始标记(STW)、并发标记(可达性分析)、最终标记(STW)、筛选回收
  2. 初始标记和最终标记会STW
  3. 优点：基于标记整理，不会产生空间碎片

为什么会发生STW
1. 在进行gc时，需要移动对象（比如标记复制和标记整理法，需要将对象在空间进行移动，会导致对象引用发生更新。为了保证引用更新的正确性，在进行gc时要先暂停其他线程
2. 在进行gc时，如果一边产生回收对象一边进行标记，效率低

JVM调优参数
1. -Xms：堆大小
2. -Xmx：最大堆大小
3. -Xmn：新生代大小
4. -Xss：线程大小
5. -XX:MetaSpaceSize：元空间大小

JVM内存分配原则和空间担保机制
1. 内存分配原则：
  1. 新对象优先进入新生代
  2. 大对象直接进入老年代
  3. 新生代中经历多次gc的对象进入老年代
2. 空间担保机制：在新生代进行mirrorGc之前，老年代先检测是否有足够的空间存放新生代的所有对象，如果不够，老年代先进行FullGc

类加载过程：加载、连接、初始化
1. 加载：将字节码文件加载到jvm，将类的静态变量、静态方法、
  常量和编译后的代码存入方法区
2. 连接：
  1. 验证：检查字节码文件符合Java的虚拟机规范，确保加载后不会发生错误
  2. 准备：在方法区中的静态变量分配内存空间并设置初值为0
  3. 解析：将常量的符号引用为直接引用
3. 初始化：为静态变量赋值

类加载器
1. bootstrapClassLoader：启动类加载器，加载jre的rt.jar
2. extensionClassLoader：拓展类加载器，加载lib的ext文件
3. applicationClassLoader：应用类加载器，加载环境变量classpath和java.class.path的类

双亲委派机制
1. 流程：当某个类加载器接到加载任务时，先检查该类是否已经被加载，如果是，返回class对象，否则将加载任务交给父类加载器进行加载，当父类加载器无法加载类时，才会由子类加载器进行加载
2. 优点：避免类重复加载
3. 破坏双亲委派：重写classloader类的loadclass()方法

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1. 多线程

2. JVM

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