多執行緒、高併發
執行緒與程序
- 執行緒是CPU排程和分配的基本單位，程序是資源分配和排程的基本單位
- 一個程序中可以包括多個執行緒，執行緒共享整個程序的資源（暫存器、堆疊、上下文），執行緒間要進行同步和互斥
區別
- 程序結束後它擁有的所有執行緒都將銷燬，執行緒的結束不會影響同個程序中的其他執行緒結束
- 執行緒是輕兩級的程序，建立和銷燬所需要的時間比程序多，作業系統中的功能執行需要建立執行緒
協程
- 協程協程是一種使用者態的輕量級執行緒，由使用者程式控制排程、切換開銷更小，作業系統完全感知不到
- 最大限度地利用cpu
執行緒的工作原理 記憶體模型
jvm有一個主存main memory，而每個執行緒有自己的（工作記憶體）working memory，一個執行緒對一個變數所有操作，都要在工作記憶體裡建立一個副本，操作完之後再寫入主存；
(1) 從主存複製變數到工作記憶體 (read and load)
(2) 執行程式碼，操作變數 (use and assign)
(3) 工作記憶體資料重新整理到主存 (store and write)
執行緒安全：
- 當多個執行緒訪問某個類，其始終能表現出正確的行為
- 採用了加鎖機制，當一個執行緒訪問該類的某個資料時，進行保護，限制其他執行緒訪問，直到鎖釋放
多執行緒的優點：
1、提高應用程式響應：當一個操作耗時很長時，整個系統都會等待這個操作，使用多執行緒技術，將耗時長的操作置於一個新的執行緒，可以避免這種情況。
2、使多CPU系統有效，充分利用：作業系統會保證當執行緒數不大於CPU數目時，不同的執行緒運行於不同的CPU上。
3、改善程式結構：複雜的程序可以分為多個執行緒，成為幾個獨立的執行部分，程式利於理解和修改
同步 非同步 阻塞 非阻塞
程序呼叫，IO，方法：
同步：功能呼叫後，沒有得到結果前，呼叫不返回
非同步：通過狀態、回撥函式處理呼叫，無需立刻返回
執行緒：
阻塞：結果返回之前，當前執行緒會被掛起，讓出cpu時間，僅在得到結果之後才繼續執行
非阻塞：即使不能立刻得到結果，也不會掛起執行緒
多執行緒同步方式
- synchronized關鍵字修飾【類、靜態變數、方法、程式碼塊】 synchronized (this) { }
- volatile關鍵字 可見性，免鎖
- 重入鎖 ReentrantLock
如何建立執行緒
Java使用Thread類代表執行緒，所有的執行緒物件都Thread類或其子類的例項
3種方式來建立執行緒：
1）繼承Thread類建立執行緒
- 並重寫該類的run()方法---執行緒執行體
- 呼叫執行緒的start()方法
2）實現Runnable介面建立執行緒 適合多繼承
- 建立Runnable實現類的例項
- 這個例項作為Thread的引數來建立Thread物件
- start()方法來啟動執行緒
- 若自定義類需要繼承其他類，實現Runnable介面
3）使用Callable和Future建立執行緒
- call()方法可以有返回值，任務執行完畢之後得到任務的執行結果
- call()方法可以宣告丟擲異常
java5提供了Future介面來代表Callable接口裡的call()方法的返回值，提供FutureTask實現類，實現類實現了Future介面，並實現了Runnable介面
既能當做一個Runnable直接被Thread執行，也能作為Future用來得到Callable的計算結果
啟動執行緒時，Start與run的區別是什麼？ 35
1）start方法
start()用來啟動一個執行緒，當呼叫start方法後，系統才會開啟一個新的執行緒來執行使用者定義的子任務，在這個過程中，會為相應的執行緒分配需要的資源。
2）run方法
run()方法是不需要使用者來呼叫的，當start方法啟動執行緒後，執行緒獲得CPU執行時間，便進入run方法體去執行具體的任務。繼承Thread類必須重寫run方法，在run方法中定義具體要執行的任務。
ThreadLocal的實現
- ThreadLocal維護變數時，為每個使用該變數的執行緒提供獨立的變數副本
- 每一個執行緒可以獨立地改變自己的副本，不影響其它執行緒的副本
應用：資料庫連線的獨立建立與關閉
每個執行緒中都有一個connect變數
Spring使用ThreadLocal解決執行緒安全問題：
同一執行緒貫通MVC三層，將一些非執行緒安全的變數以ThreadLocal存放，在同一次請求響應的呼叫執行緒中，所有關聯的物件引用到的都是同一個變數。
java中的執行緒有幾種狀態？ 新建狀態 就緒狀態 執行狀態 阻塞狀態 終止狀態
執行緒從建立、執行到結束總是處於下面五個狀態之一：新建狀態、就緒狀態、執行狀態、阻塞狀態及死亡狀態。
所謂阻塞狀態是：正在執行的執行緒沒有執行結束，暫時讓出CPU
1.新建狀態(New)：
當用new操作符建立一個執行緒時， 例如new Thread(r)，執行緒還沒有開始執行，此時執行緒處在新建狀態
2.就緒狀態(Runnable)
執行緒物件呼叫start()方法即啟動了執行緒，start()方法建立執行緒執行的系統資源，並排程執行緒執行run()方法。當start()方法返回後，執行緒就處於就緒狀態
於就緒狀態的執行緒必須同其他執行緒競爭CPU時間，只有獲得CPU時間才可以執行執行緒。多個處於就緒狀態的執行緒由執行緒排程程式(thread scheduler)排程
3.執行狀態(Running)
當執行緒獲得CPU時間後，進入執行狀態，真正開始執行run()方法.
4. 阻塞狀態(Blocked) **********
所謂阻塞狀態是：正在執行的執行緒被掛起，暫時讓出CPU，其他處於就緒狀態的執行緒就可以獲得CPU時間，進入執行狀態
執行緒執行過程中，可能由於各種原因進入阻塞狀態:
1>sleep方法進入睡眠狀態；
2>I/O上阻塞的操作，即該操作在輸入輸出操作完成之前不會返回
3>試圖得到一個鎖，而該鎖正被其他執行緒持有；
4>等待觸發條件
TIMED_WAITING，對應"阻塞"狀態，代表此執行緒正處於有限期的主動等待中，要麼有人喚醒它，要麼等待夠了一定時間之後，才會再次進入就緒狀態
5. 終止狀態(Dead)
有兩個原因會導致執行緒死亡：
1) run方法正常退出而自然死亡，
2) 一個未捕獲的異常終止了run方法，執行緒猝死。
為了確定執行緒在當前是否存活著（執行、阻塞），使用isAlive方法：如果是可執行或被阻塞，返回true； new狀態或不可執行， 或死亡，返回false
看哪些執行緒處於阻塞狀態 jstack ps -ef ps -aux
jstack用於打印出給定的java程序ID或core file或遠端除錯服務的Java堆疊資訊
什麼是阻塞佇列
阻塞新增
當阻塞佇列元素已滿時，佇列會阻塞加入元素的執行緒，直佇列元素不滿時才重新喚醒執行緒執行加入操作。
阻塞刪除
佇列元素為空時，刪除佇列元素的執行緒將被阻塞，直到佇列不為空再執行刪除操作
java中的執行緒池實現 4種 FixedThreadPool底層使用的是什麼任務佇列？ 39
執行緒池的介面：Executors介面；實現類ThreadPoolExecutor類
ThreadPoolExecutor通過構造方法的引數，構造不同配置的執行緒池，除了ScheduledThreadPool
1.FixedThreadPool( 3 ) 執行緒數
說明：指定執行緒數的執行緒池，使用LinkedBlockingQuene作為阻塞佇列
特點：當執行緒池沒有可執行任務時，也不會釋放執行緒。
2.CachedThreadPool( ) 無引數
說明：可以快取執行緒的執行緒池，預設快取60s，執行緒池的執行緒數可達到Integer.MAX_VALUE，SynchronousQueue作為阻塞佇列（不儲存元素）；
特點：在沒有任務執行時，執行緒的空閒時間超過keepAliveTime 60s，會自動釋放執行緒資源；
當提交新任務時，如果沒有空閒執行緒，則建立新執行緒執行任務；否則複用未超過60s的空閒執行緒
使用時注意控制併發的任務數，防止因建立大量的執行緒導致而降低效能
3.SingleThreadExecutor( )
說明：初始化只有一個執行緒的執行緒池，內部使用LinkedBlockingQueue作為阻塞佇列。
特點：保證所提交任務的順序執行，如果該執行緒異常結束，會重新建立一個新的執行緒繼續執行任務，
4.ScheduledThreadPool() }, 1, 3, TimeUnit.SECONDS); 定義在ExecutorService介面中
特定：延遲（定時）執行、週期執行；延遲1秒後，每3秒執行一次
ThreadPoolExecutor引數含義： 7 個
<1>corePoolSize：執行緒池中核心執行緒的數量，預建立執行緒； 作用：頻繁建立執行緒和銷燬執行緒需要時間，
- 初始執行緒池中沒有執行緒，等待有任務到來才建立執行緒
- 少於corePoolSize的一直建立執行緒，即使有執行緒空閒
- 任務數多於corePoolSize的任務放入阻塞佇列；
- 阻塞佇列滿，繼續建立執行緒直到maximumPoolSize
<2>maximumPoolSize：執行緒池允許建立的最大執行緒數；
- 阻塞佇列滿，已建立的執行緒數小於maximumPoolSize，建立新的執行緒來處理阻塞佇列中的任務，不超過maximumPoolSize；
<3>keepAliveTime：工作執行緒空閒之後繼續存活的時間，預設一直存活
- 預設執行緒數大於corePoolSize時起作用，執行緒數目小於corePoolSize，一直存活；
<4>unit：引數keepAliveTime的時間單位；如：TimeUnit.SECONDS
<5>workQueue：阻塞佇列；儲存等待執行的任務，有四種阻塞佇列型別，
- ArrayBlockingQueue(基於陣列的有界阻塞佇列)
- LinkedBlockingQueue(基於連結串列結構的阻塞佇列)
- SynchronousQueue(不儲存元素的阻塞佇列) 無界佇列
- PriorityBlockingQueue(具有優先順序的阻塞佇列)
<6>threadFactory：用於建立執行緒的執行緒工廠； 作用：統一在建立執行緒時的引數，如是否守護執行緒。
<7>handler：飽和策略；阻塞佇列滿，沒有空閒執行緒，執行緒數目已達到最大數量，佇列處於飽和狀態，
1.Abort策略：預設策略，新任務提交時直接丟擲未檢查的異常RejectedExecutionException，該異常可由呼叫者捕獲。
2.CallerRuns策略：在呼叫者的執行緒中執行新的任務，既不拋棄任務也不丟擲異常。
3.Discard策略： 新任務被拋棄。
4.DiscardOldest策略：舊任務被拋棄。（不適合工作佇列為優先佇列場景，否則優先順序高的會被拋棄）
執行緒池的狀態 5 種
1、RUNNING：會接收新任務、處理阻塞佇列中的任務；
2、SHUTDOWN： 不會接收新任務，會處理阻塞佇列中的任務；
3、STOP ：不接收，不處理任務，會中斷正在執行的任務；
4、TIDYING ：對執行緒進行整理優化；
5、TERMINATED： 停止工作；
向執行緒池提交任務（2種）
有兩種方式：
1.executor.execute (new Runnable()
重複以下程式碼新增任務到執行緒池中
ExecutorService executor=Executors.newFixedThreadPool(2);
executor.execute(new Runnable() { @Override public void run() {具體任務 }
});
2.executor.submit(new Runnable()
Future物件來判斷當前的執行緒是否執行完畢，new Runnable() 無法返回資料資訊
Future future = executor.submit(new Runnable() { public void run() { System.out.println("Asynchronous task"); } }); //如果任務結束執行則返回 null System.out.println("future.get()=" + future.get());
3.executor.submit(new Callable()
Future物件，傳遞的引數為Callable物件，new Callable()可以返回資料資訊
Future future = executor.submit(new Callable(){ public Object call() throws Exception { return "Callable Result"; } }); System.out.println("future.get() = " + future.get()); //上述樣例程式碼會輸出如下結果： //future.get() = Callable Result
execute()內部實現
1.首次通過workCountof()獲知當前執行緒池中的執行緒數，如果小於corePoolSize, 就通過addWorker()建立執行緒並執行該任務；否則，將該任務放入阻塞佇列；
2. 如果能成功將任務放入阻塞佇列中, 如果當前執行緒池是非RUNNING狀態，則將該任務從阻塞佇列中移除，然後執行reject()處理該任務；
如果當前執行緒池處於RUNNING狀態，則需要再次檢查執行緒池（因為可能在上次檢查後，有執行緒資源被釋放），是否有空閒的執行緒；如果有則執行該任務；
3、如果不能將任務放入阻塞佇列中,說明阻塞佇列已滿；那麼將通過addWoker()嘗試建立一個新的執行緒去執行這個任務；
如果addWoker()執行失敗，說明執行緒池中執行緒數達到maxPoolSize,則執行reject()處理任務；
sumbit()內部實現
1.將提交的Callable任務會被封裝成了FutureTask物件
2.FutureTask類實現了Runnable介面，通過Executor.execute()提交FutureTask到執行緒池，最終執行FutureTask的run方法
比較：兩個方法都可以向執行緒池提交任務
- execute()方法的返回型別是void，它定義在Executor介面中
- submit()方法可返回持有計算結果的Future物件；擴充套件了Executor介面，定義在ExecutorService介面中，
其它執行緒池類像ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor都有這些方法。
執行緒池的關閉（2種） shutdown()和shutdownNow()
shutdown()：不會立即終止執行緒池，要等所有任務快取佇列中的任務都執行完後才終止，不會接受新的任務
shutdownNow()：立即終止執行緒池，並嘗試打斷正在執行的任務，並清空任務快取佇列，返回尚未執行的任務
執行緒池容量的動態調整
ThreadPoolExecutor提供了動態調整執行緒池容量大小：setCorePoolSize() 和 setMaximumPoolSize()
Java執行緒池使用有界佇列實現時，飽和策略有哪些？ 35
執行緒池會將提交的任務先置於工作佇列
無界佇列不存在飽和的問題，但是其問題是當請求持續高負載的話，任務會無腦的加入工作佇列，那麼很可能導致記憶體等資源溢位或者耗盡
有界佇列不會帶來高負載導致的記憶體耗盡的問題，但是有引發工作佇列已滿情況下，新提交的任務如何管理的難題，這就是執行緒池工作佇列飽和策略要
解決的問題
當工作佇列滿了，不同策略的處理方式為：
1.Abort策略：預設策略，新任務提交時直接丟擲未檢查的異常RejectedExecutionException，該異常可由呼叫者捕獲。
2.CallerRuns策略：在呼叫者的執行緒中執行新的任務，既不拋棄任務也不丟擲異常。
3.Discard策略： 新任務被拋棄。
4.DiscardOldest策略：舊任務被拋棄。（不適合工作佇列為優先佇列場景，否則優先順序高的會被拋棄）