- 多线程知识点概述
1.什么是多线程
1）一个进程中往往有多条程序执行路径，该程序可以理解为多线程程序
2）java程序的入口是main方法，从操作系统的角度看，main方法的启动意味着启动了一个java进程。main方法所在的程序执行路径即为主线程，同时，main线程的启动，会伴随着其他线程的创建和启动，如垃圾回收线程等
3）线程的创建者：主线程的创建者是jvm，普通线程可以通过调用JDK的相关API进行创建
2.多线程的作用
1）更大的吞吐量
2）提升性能
3.多线程的基本使用（代码：test219_thread/test/demo1）
1）线程任务的定义
2）线程的创建和启动
4.多线程带来的问题（代码：test219_thread/test/demo2）
1）线程安全问题（本质上的体现是线程之间的共享数据出现不正确的结果）
2）活跃性问题（死锁、饥饿、活锁以及丢失信号）
3）性能问题（线程的创建和销毁、线程的上下文切换）
5.线程安全描述的对象（代码：test219_thread/test/demo3）
1）类线程安全
2）程序线程安全
6.JDK提供几种方式来保证线程安全，分别是：synchronized、volatile、final、CAS、ThreadLocal
7.线程的状态，官方定义的方式有六种，定义在枚举java.lang.Thread.State中
1）新建状态： Thread.State.NEW （Thread t = new Thread();）
2）可运行状态： Thread.State.RUNNABLE （包括两种：在等待CPU分配时间片、运行状态）
3）阻塞状态： Thread.State.BLOCKED （线程在等待同步锁，试图进入同步代码块、一种是IO阻塞）
4）等待状态： Thread.State.WAITING
等待状态意味着线程放弃CPU的执行资格，退出CPU的线程处理队列，即向CPU发出一个信号，不需要分配时间片给这个线程。同时释放锁。需要其他线程调用notify方法唤醒，然后转变为可运行状态，继续进入CPU的线程处理队列
5）计时等待状态：Thread.State.TIMED_WAITING
计时等待状态意味着线程放弃CPU的执行资格，退出CPU的线程处理队列，即向CPU发出一个信号，不需要分配时间片给这个线程。不会释放锁。直到设置的睡眠时间结束之后，然后转变为可运行状态，继续进入CPU的线程处理队列
6）终止状态： Thread.State.TERMINATED
8.wait/notify机制（代码：test219_thread/test/demo4）
1）涉及到的方法
· wait()：让线程进入等待状态，退出CPU的线程处理队列，释放锁，线程被存储到对象obj的线程等待集中
· notify()：唤醒对象obj的线程等待集中的任意一个线程
· notifyAll()：唤醒对象obj的线程等待集中的所有线程
2）注意点
· 这几个方法必须定义在同步块或者同步方法中，因为这些方法是用于操作线程状态的方法，必须要明确到底操作的是哪个锁上的线程
· 这几个方法定义在Object中的原因：因为这几个方法是对象监视器的方法，对象监视器其实就是同步锁，同步锁可以是任意对象，所以任意对象都可以调用的方法只能定义在Object中
9.Java内存模型：假如有一个线程的共享变量，这个变量是存在于主内存中的，但是为了提高效率，每个线程在自己的工作内存中有一份该变量的拷贝。（主内存映射到硬件可以理解为平常说的内存，而工作内存可以理解为CPU中的高速缓冲存储器，CPU从高速缓冲存储器中读数据肯定要比从内存中读数据要快得多）
10.中断机制（代码：test219_thread/test/demo5）
1）在Java中，停止一个线程的主要机制是中断，中断并不是强迫终止一个线程，它是一种协作机制，是给线程传递一个取消信号，但是由线程来决定如何以及何时退出
2）通过Thread类的interrupt()方法来向线程发出中断请求
3）线程在不同状态下对于中断请求所产生的反应
· 如果一个线程处于新建状态或者终止状态，对于中断请求几乎是屏蔽的
· 如果一个线程处于RUNNABLE状态或者阻塞状态，对于中断请求只是设置中断标志位并没有强制终止线程
· 如果一个线程处于睡眠状态或等待状态，对于中断请求是敏感的，线程会从睡眠状态或等待状态强制恢复到可运行状态，重新进入到CPU的线程处理队列，同时线程会抛出中断异常并清空中断标志位
4）关于设置中断标志位和清空中断标志位
· 设置中断标志位：指的是把中断状态设置为true，即Thread.currentThread().isInterrupted()返回true
· 清空中断标志位：指的是把中断状态设置为false，即Thread.currentThread().isInterrupted()返回false
5）中断机制的应用
· 对于处于RUNNABLE状态或者阻塞状态的线程，可以通过判断中断状态来决定线程是否要终止
· 对于处于睡眠状态或等待状态的线程，可以通过捕获中断异常之后来决定线程是否要终止
6）与线程中断有关的三个方法：interrupt()、interrupted()、islnterrupted()。（均在Thread类中）
11.juc包
1）AQS
2）Lock
3）并发工具类
4）原子类
- 解决线程安全问题的方式
一、synchronized（代码：test219_thread/test/demo6）
1）synchronized的基本使用
· 修饰语句块
· 修饰方法
2）synchronized的实现原理
· 修饰语句块
· 修饰方法
3）synchronized锁的升级
4）synchronized实现可重入的原理
· 每一个锁关联一个线程持有者和计数器，当计数器为0时表示该锁没有被任何线程持有，那么任何线程都可能获得该锁而调用相应的方法；当某一线程请求成功后，JVM会记下锁的持有线程，并且将计数器置为1；此时其它线程请求该锁，则必须等待；而该持有锁的线程如果再次请求这个锁，就可以再次拿到这个锁，同时计数器会递增；当线程退出同步代码块时，计数器会递减，如果计数器为0，则释放该锁
5）synchronized与wait/notify机制
6）验证同步方法中的锁对象
· 非静态方法的锁对象为this
· 静态方法的锁对象为Class对象
二、volatile（代码：test219_thread/test/demo7）
三、final
四、CAS
· 主要是通过sun.misc.Unsafe来实现CAS
五、ThreadLocal
1.ThreadLocal 是什么
1）ThreadLocal 直译为线程本地，也称为线程本地变量
2）意思是在 ThreadLocal 变量中填充的值只属于当前线程，对其它线程是不可见的，从而起到线程隔离的作用，避免了线程安全问题
2.ThreadLocal 的作用（为什么需要 ThreadLocal）
1）在线程之间隔离数据，对于同一个变量，每个线程都有独立的数据
2）减少锁的使用，如果没有 ThreadLocal，在某些并发场景下需要加锁来解决
3.ThreadLocal 的常用方法
· ThreadLocal() 创建 ThreadLocal 对象
· set(T value) 设置当前线程绑定的局部变量
· T get() 获取当前线程绑定的局部变量
· remove() 移除当前线程绑定的局部变量
4.ThreadLocal 的基本使用（代码：test219_thread/test/demo8）
5.ThreadLocal 常见的应用场景
1）web 请求，在 Controller 解析出用户信息后放入 ThreadLocal 中，在 Service 层或者其它位置可以直接通过 ThreadLocal 获取到用户信息
2）JDBC，一个线程中需要多次操作数据库，并且需要保证线程内的事务，可以在操作数据库之前把数据库连接放入 ThreadLocal 中，后续在本线程的任意方法都可以通过 ThreadLocal 获取到数据库连接
（共同点都是需要在一个线程内的不同方法获取某一类型（用户信息、数据库连接）的数据，通过使用 ThreadLoca 就可以减少参数在方法之间的传递）
6.ThreadLocal 的实现原理
1）ThreadLocal、ThreadLocalMap、Thread 三者关系
· ThreadLocalMap 是 ThreadLocal 的内部类，ThreadLocalMap 通过 Entry[] 来存储数据，Entry 是 ThreadLocalMap 的内部类，key 为 ThreadLocal 对象（实际上 key 为指向 ThreadLocal 实例的弱引用），value 为 set 进 ThreadLocal 的值
· Thread 持有 ThreadLocalMap，变量名称为 threadLocals
2）数据流转过程
· 调用 set() 方法时，先获取当前线程的 ThreadLocalMap 对象，如果 ThreadLocalMap 为空则创建一个，然后把 ThreadLocal 对象和 set 进 ThreadLocal 的值放入 ThreadLocalMap 的 Entry[] 中
· 调用 get() 方法时，先获取当前线程的 ThreadLocalMap 对象，然后从 ThreadLocalMap 中根据 ThreadLocal 对象（应该是计算哈希值再取模）找到对应的 Entry，获取 Entry 的 value 返回
· 调用 remove() 方法时，先获取当前线程的 ThreadLocalMap 对象，然后从 ThreadLocalMap 中根据 ThreadLocal 对象找到对应的Entry 删除
7.ThreadLocal 内存泄露问题
1）ThreadLocal 内存泄露是指 ThreadLocalMap 中的 value 没办法被回收
2）内存泄露原因：
ThreadLocal 已经使用结束了（意味着没有强引用指向堆中的 ThreadLocal 对象），而线程还存活着，JVM 在进行垃圾回收后会把只有弱引用指向的 ThreadLocal 对象回收，也就是 Entry 的 key 会被回收，但是此时 value 还在，因此就产生了内存泄露
3）如何避免内
内存泄露：在使用完 ThreadLocal 之后，调用 remove() 方法把 Entry 置空
8.ThreadLocal 的最佳实践
· 避免过度使用 ThreadLocal
· 使用完 ThreadLocal 要调用 remove 方法进行清除，以避免内存泄露
9.ThreadLocal 有什么缺点，如何改进
10.零碎问题
1）ThreadLocal 对象在业务代码中被创建，该对象在两个地方被引用，被业务代码强引用、被 ThreadLocalMap 的 key 弱引用
2）弱引用的特点
：只要进行垃圾回收，不管 jvm 内存是否充足，都会回收只被弱引用的对象（如果对象同时有强弱引用时，则不回收）
3）key 设计成弱引用是为了垃圾回收时可以保证 key 指向的 ThreadLocal 对象被回收，而调用 remove() 方法是保证 Entry 中的 value 可以尽快被回收
4）在调用 get()、set() 方法的某些时候，会伴随调用 expungeStaleEntry() 方法把 key 为 null 的 Entry 置空，以此来尽可能避免内存泄露
5）如果线程执行完正常销毁，是不会存在内存泄露的，因为 Thread 对象被回收后，ThreadLocalMap 自然也会被回收
6）ThreadLocal 尤其是当与线程池结合使用时，由于线程需要被复用而无法销毁，因此使用完 ThreadLocal 如果没有及时清理，就会导致内存泄露
7）remove() 方法要放在 finally 中
8）ThreadLocalMap 使用开放寻址法解决哈希冲突
9）如果需要在父子线程之间传递 ThreadLocal 填充的数据，可以使用 InheritableThreadLocal
10）ThreadLocal 不能平替 synchronized，ThreadLocal 用于实现线程隔离，而 synchronized 用于实现线程同步
- juc包
一、AQS
二、Lock
三、并发工具类（代码：test219_thread/test/demo9）
1.基本概述
1）CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore 可以认为是一种控制并发流程的工具类
2）Exchanger 可以认为是线程间交换数据的工具类
2.CountDownLatch
1）CountDownLatch 的核心思想是通过计数器来控制线程的执行顺序，当计数器的值降为0时，所有等待的线程都会被唤醒，然后开始执行下一步操作
2）CountDownLatch 的使用：test219_thread/demo9/CountDownLatchDemo
3）CountDownLatch 的执行过程
· 在主调用线程中创建 CountDownLatch，并传入 count，count 通常为工作线程数量
· 在工作线程中调用 countDown() 方法，每调用一次 count 就减1
· 在主调用线程中调用 await() 方法来阻塞主调用线程
· count减到为0时，主调用线程被唤醒
4）CountDownLatch 的底层实现：基于 AQS 实现
3.CyclicBarrier
1）CyclicBarrer 的作用是让一组线程达到一个屏障（同步点）时被阻塞，直到所有的线程到达此屏障时，才会唤醒被屏障阻塞的所有线程
2）CyclicBarrer 的使用：test219_thread/demo9/CyclicBarrierDemo、CyclicBarrierDemo2、CyclicBarrierDemo3、CyclicBarrierDemo4
3）CyclicBarrer 的执行过程
· 在主调用线程中创建 CyclicBarrer，并传入 parties，parties 通常为工作线程数量
· 在工作线程中调用 await() 方法，每调用一次，就说明有一个线程抵达屏障，直到有 parties 个线程抵达屏障后，唤醒被屏障阻塞的所有线程
4）CyclicBarrier 的底层实现：基于 AQS 实现
4.Semaphore
1）信号量是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源
2）Semaphore 的使用：test219_thread/demo9/SemaphoreDemo
3）Semaphore 的工作流程
· 在主调用线程中创建 Semaphore，并传入 permits，permits 为许可证数量
· 在工作线程中调用 acquire() 方法，每调用一次，许可证数量就减1
，当许可证数量减到为0时，再调用 acquire() 会被阻塞，直到已经获得许可证的工作线程调用 release() 方法归还许可证，然后被阻塞的线程会获得许可证
4）Semaphore 的底层实现：基于 AQS 实现
5.Exchanger
Exchanger 的底层实现：使用 ThreadLocal 和 ArrayBlockingQueue 等数据结构来实现线程间的配对和数据交换
6.零碎问题
1）CountDownLatch 和 CyclicBarrier 的区别
· CountDownLatch 阻塞的是主线程，下一步动作的执行者是主线程，不可重复使用
· CyclicBarrier 阻塞的是其它线程，下一步动作的执行者是其它线程，可重复使用
四、原子类（代码：test219_thread/test/demo10）
1）原子类的出现背景：当一个线程更新一个变量时，程序如果没有正确的同步，那么这个变量对于其他线程来说是不可见的。我们通常使用 synchronized 或者 volatile 来保证线程安全的更新共享变量。在JDK1.5中，提供了 java.util.concurrent.atomic 包，这个包中的原子操作类提供了一种用法简单，性能高效，线程安全地更新一个变量的方式
2）原子类的应用案例：多个线程进行 i++ 操作，为了线程安全，需要加 synchronized 锁，锁是比较重的，因此可以考虑使用原子类AtomicInteger 来代替 synchronized
3）原子类的底层实现是基于 volatile 和 CAS，因此可以减少锁带来的性能开销
- 多线程在实际业务场景中的使用
1.基本使用
1）主调用线程需要等待各个线程的返回结果（代码：test/demo11/ThreadInActualBusiness.needThreadResult()）
2）主调用线程不需要等待各个线程的返回结果（代码：test/demo11/ThreadInActualBusiness.main()）
（这种场景用得相对较少，因为会出现：接口已经完成响应，但是业务处理还没有结束的情况）
线程池
4.线程池
1）线程池的顶层接口和类
· Executor：Executor 是一个接口，定义了一个基本的执行方法 execute(Runnable command)，用于执行给定的 Runnable 任务。它是所有线程池执行机制的基础
· ExecutorService：ExecutorService 也是接口，它扩展了 Executor 接口，提供了更丰富的线程池控制方法，如 submit()，以及线程池的关闭方法 shutdown() ，ExecutorService 是创建和管理线程池的主要接口
· AbstractExecutorService：实现了 ExecutorService 接口的部分方法，为创建具体的线程池服务提供了基础框架。它提供了线程池的一些通用实现，如关闭线程池的行为
· ThreadPoolExecutor：ThreadPoolExecutor 是 AbstractExecutorService 的一个具体实现，提供了完整的线程池实现。它允许开发者精细控制线程池的参数，如核心线程数、最大线程数、工作队列类型、线程工厂、拒绝策略等。ThreadPoolExecutor 是 Java 中线程池的核心实现类
2）线程池的使用方式
· 直接创建 ThreadPoolExecutor
· 通过 Executors 工具类创建线程池（本质上也是创建 ThreadPoolExecutor）
static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
static ExecutorService newCachedThreadPool()
static ExecutorService newSingleThreadExecutor()
static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
实现多线程的方式
1）继承 Thread 类
2）实现 Runnable 接口
3）实现 Callable 接口 + FutureTask
4）线程池（ExectutorService 结合 Callable、Future 实现有返回结果的多线程）