并发

💠并发编程知识总结

---

✅ 悲观锁与乐观锁 💡

🔹 悲观锁

• 假设最坏情况，每次修改共享资源时都会加锁，阻塞其他线程访问，直到锁被释放。
• 典型实现：synchronized、ReentrantLock
• 缺点：
  • 线程竞争激烈时，频繁的线程唤醒和阻塞会导致 上下文切换开销大。
  • 可能引发 死锁。
• 适用场景：写多、竞争激烈的场景，锁的开销较为固定。

🔹 乐观锁

• 假设最好的情况，不加锁，仅在提交时检查资源是否被修改。
• 实现方式：
  • 版本号法：数据库表中增加 version 字段，修改前检查 version 是否匹配。
  • CAS（比较并交换）：涉及三个操作数 （内存值、预期值、新值），如果 预期值 == 内存值，则修改成功。
• CAS的底层：
  • Java层面：Unsafe 类调用本地方法实现。
  • 操作系统层面：基于 CPU的原子指令，利用 缓存一致性协议 保证原子操作。
• 缺点：
  • 并发修改冲突时，失败重试消耗 CPU 资源大。
  • ABA 问题（变量值回到了原值但实际经历了多次变化）。
• 适用场景：读多写少、竞争较少的情况。

---

✅ JMM 内存模型 💡

💡 JMM（Java Memory Model） 规定了 Java 线程如何与主存和工作内存交互，解决 原子性、可见性、有序性 问题。

🔹 原子性（Atomicity）
保证操作 不可被中断，要么全部执行，要么不执行。
实现方式：

• synchronized、ReentrantLock
• AtomicInteger 等原子类

🔹 可见性（Visibility）
保证线程对共享变量的修改对其他线程可见。
实现方式：

• volatile
• synchronized
• Lock 的 lock() 和 unlock()

🔹 有序性（Orderliness）
指令重排可能导致多线程问题。
解决方案：

• volatile
• synchronized
• happens-before 规则（JMM 规定的执行顺序规则）

⚠ 为什么需要 JMM？

• 解决 CPU 缓存一致性 问题（MESI 协议）。
• 统一跨操作系统的内存访问规则。
• 屏蔽底层细节，让 Java 程序员方便写并发安全代码。

---

✅ 线程池 💡💡💡

🔹 ThreadPoolExecutor 的 7 个核心参数

参数	作用
核心线程数	线程池的基础线程数量
最大线程数	任务队列满时能创建的最大线程数
任务队列	存储待执行的任务
线程存活时间	非核心线程的最大存活时间
时间单位	线程存活时间的单位
线程工厂	线程创建方式
拒绝策略	任务过载时的处理方式

🔹 4 种拒绝策略

策略	作用
AbortPolicy	直接抛异常
CallerRunsPolicy	由调用线程执行任务
DiscardPolicy	直接丢弃任务
DiscardOldestPolicy	丢弃最老的任务

🔹 常见线程池

线程池	说明
FixedThreadPool	线程数固定，任务队列无界，可能导致 OOM
SingleThreadExecutor	只有一个线程，类似 FixedThreadPool
CachedThreadPool	核心线程数 0，最大 Integer.MAX_VALUE，可能创建过多线程
ScheduledThreadPool	定时任务线程池

⚠ 线程池最佳实践

• 使用有界队列 防止 OOM
• 不同业务使用不同线程池 防止资源竞争
• 为线程命名 方便排查问题
• 正确配置线程数量：
  • 计算密集型：N + 1（N = CPU 核数）
  • I/O 密集型：2N
• 优雅关闭：shutdown()、awaitTermination()

---

✅ AQS（抽象队列同步器）💡

🔹 AQS 的核心思想：

• state 变量（volatile int state）表示锁状态。
• FIFO 队列 存储等待获取锁的线程。
• CAS 机制 保证线程安全。

🔹 基于 AQS 的组件

组件	作用
ReentrantLock	可重入锁
Semaphore	信号量
CountDownLatch	倒计时器
CyclicBarrier	循环屏障

---

✅ ThreadLocal 💡

作用：为每个线程提供独立变量副本，避免多线程共享变量带来的并发问题。

🔹 原理：

• Thread 类中有 ThreadLocalMap 变量，存储 ThreadLocal 实例及其值。
• 防止内存泄漏：调用 remove() 方法释放 ThreadLocal 对象。

🔹 InheritableThreadLocal

• 子线程会继承父线程 ThreadLocal 的值。

---

✅ CompletableFuture（异步编程）

🔹 核心方法

方法	作用
supplyAsync()	执行异步任务（有返回值）
runAsync()	执行异步任务（无返回值）
thenApply()	处理计算结果并返回新值
thenCombine()	合并两个任务结果
allOf()	等所有任务完成
anyOf()	任意任务完成就返回

---

✅ 死锁 💡💡💡

🔹 死锁的 4 个必要条件

1. 互斥：资源不可共享
2. 占有并等待：占有资源且等待额外资源
3. 不可抢占：资源不可强制释放
4. 循环等待：多个线程形成循环等待链

🔹 避免死锁

• 破坏循环等待：按顺序获取资源
• 银行家算法 进行资源预分配
• 死锁检测工具（如 Arthas）

---

✅ synchronized vs ReentrantLock 💡

| 特性 | synchronized | ReentrantLock | |---|---| | 底层实现 | JVM monitorenter/monitorexit | AQS | | 锁类型 | 非公平锁 | 可选公平锁 | | 可中断 | ❌ | ✅ | | 超时获取锁 | ❌ | ✅ | | 手动释放 | ❌ | ✅（必须 unlock()） |

---

✅ 线程安全方案 💡

方案	方式
悲观锁	synchronized、ReentrantLock
乐观锁	AtomicInteger、CAS
并发容器	ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList
线程同步工具	Semaphore、CountDownLatch

---

✅ 面试必考：三个线程顺序打印 0-100

💡 基于 synchronized + wait/notify：

while (COUNT.get() % 3 != index) { LOCK.wait(); }
System.out.println("thread-" + index + ":" + COUNT.get());
COUNT.getAndIncrement();
LOCK.notifyAll();

---

💡 总结：多线程编程提升 CPU 利用率，但要权衡 安全性与性能，合理选择 锁、线程池、AQS、CAS 等工具！🚀