【Java面试题】《尚硅谷Java大厂面试题第2季，面试必刷，跳槽大厂神器》学习笔记

volatile是什么

volatile是java虚拟机提供的轻量级的同步机制。三大特性：（代码示例在下一节）

• 保证可见性
• 不保证原子性
• 禁止指令重排

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JMM内存模型

1、并不真实存在，是规则、规范，定义了程序中各个变量（包括实例字段，静态字段和构成数组对象的元素）的访问方式。

2、三大特性：

• 可见性
• 原子性
• 有序性

3、JMM关于同步的规定：

• 线程解锁前，必须把共享变量的值刷新回主内存
• 线程加锁前，必须读取主内存的最新值到自己的工作内存
• 加锁解锁是同一把锁

4、线程对变量的操作（读取赋值等）必须在工作内存中进行，首先要将变量从主内存拷贝到自己的工作内存空间，然后对变量进行操作，操作完成后在将变量写回主内存

5、可见性：

• 可见性即别的线程修改变量写回主内存后，对当前线程是可见的
• 代码：

public class P03 {
    
    
    volatile int num;//加volatile程序才能正常停止
    // int num;

    void add1(){
    
    
        num++;
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        P03 p = new P03();

        //开启一个线程，改变num的数值
        new Thread(() -> {
    
    
            try {
    
    
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }

            p.add1();
            System.out.println("add1完成");
        }).start();

        //按理，当上面的线程执行完之后，应该立即结束，但未加volatile修饰变量时一直没结束
        while (p.num == 0){
    
    

        }
    }
}

6、原子性：

• 不可分割，完整性，自己在做的事不应该被别的线程打断; 要么同时成功，要么同时失败
• volatile 不保证原子性，解决方案：
  • synchronized
  • lock
  • AtomicInteger
• 代码：

public class P05 {
    
    
    volatile int num;
    
    void  add1(){
    
    
        num++;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        P05 p = new P05();
        
        //10个线程，每个加1000
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
    
            new Thread(() ->{
    
    
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
    
    
                    p.add1();
                }
            }).start();
        }
        
        // 2个线程时，是指：main线程、gc线程
        while (Thread.activeCount() > 2){
    
    
            Thread.yield();
        }
        
        // 理论上时10 * 1000，但测试结果小于该值; 说明volatile不保证原子性
        // 想要结果是10000，使用synchronized、lock或者AtomicInteger
        System.out.println(p.num);
    }
}

7、指令重排
方式：

• 编译器优化的重排
• 指令并行的重排
• 内存系统的重排

说明：

• 单线程执行结果确定，多线程情况下结果可能无法预测
• 考虑数据依赖性

例如：

• 重排1
  

语句4永远不会是第一句，因为要考虑数据依赖性

• 重排2
  
• 重排3
  • 多线程环境中线程交替执行,由于编译器优化重排的存在，
  • 两个线程中使用的变量能否保证一致性是无法确定的,结果无法预测

总结：

• 工作内存与主内存同步延迟现象导致的可见性问题,可以使用synchronized或volatile关键字解决，它们都可以使一个线程修改后的变量立即对其他线程可见.

• 对于指令重排导致的可见性问题和有序性问题,可以利用volatile关键字解决，因为volatile的另外一个作用就是禁止重排序优化。

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单例模式 volatile

单例模式：

public class P11 {
    
    
    private static P11 instance;

    private P11() {
    
    
        System.out.println("构造方法...");
    }

    // DCL， double check lock，双端检验机制
    public static P11 getInstance() {
    
    
        if (instance != null) {
    
    
            synchronized (P11.class){
    
    
                if (instance != null) {
    
    
                    instance = new P11();
                }
            }
        }

        return  instance;
    }
}

• 上述代码存在指令重排，在单线程下是没有问题的，在多线程下，低概率出现问题。
• 为了防止指令重排，考虑给变量instance加volatile修饰，这样就可以避免指令重排。

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CAS

Compare And Swap,比较并交换。

• 比较当前工作内存中的值和主内存中的值，如果相同，则执行规定操作；
  否则继续比较直到主内存和工作内存中的值一致为止
• CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的更新值B。
  当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。

Unsafe：

• 是CAS的核心类，由于Java方法无法直接访问底层系统，需要通过本地〈native)方法来访问，Unsafe相当于一个后门，基于该类可以直接操作特定内存的数据。Unsafe类存在于sun.misc包中，其内部方法操作可以像c的指针一样直接操作内存，因为Java中CAS操作的执行依赖于Unsafe类的方法。
• Unsafe类中的所有方法都是native修饰的，也就是说Unsafe类中的方法都直接调用操作系统底层资源执行相应任务

缺点：

• 循环时间长，开销很大。如果CAS失败，会一直进行尝试；如果CAS长时间一直不成功，可能会给CPU带来很大的开销。

• 只能保证一个共享变量的原子操作。如果是多个只能加锁了

• ABA问题。当前线程获取到的是A，执行修改获取到的也是A，以为这个A没变化；实际有可能A被别的线程修改成B，但在当前线程准备修改之前又修改回A了；这样当前线程以为没有修改，产生ABA问题

自定义类型原子类：

• 代码：

  public class P17 {
        
        
      public static void main(String[] args) {
        
        
          // 自定义两个日期：
          LocalDate ld1 = LocalDate.now();
          LocalDate ld2 = LocalDate.now();
  
          // 日期原子类
          AtomicReference<LocalDate> localDateAtomicReference = new AtomicReference<>(ld1);
  
          //第一次修改：
          boolean cas1 = localDateAtomicReference.compareAndSet(ld1, ld2);
          System.out.println("cas1 = " + cas1);
          System.out.println("localDateAtomicReference.get() = " + localDateAtomicReference.get());
  
          // 第二次修改:
          boolean cas2 = localDateAtomicReference.compareAndSet(ld1, ld2);
          System.out.println("cas2 = " + cas2);
          System.out.println("localDateAtomicReference.get() = " + localDateAtomicReference.get());
      }
  }
  

• 结果：
  

看一眼getAndIncrement方法：

更底层的：

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ABA问题

例如

• 两个线程t1、t2都要修改变量v的值
• t1在修改前获取到v的值是A
• t2获取到v的值并修改为B，随后又修改回A
• 此时t1准备修改v的值，cas成功，因为v的值为A,与预期值相同；
• A以为v没变，实际产生ABA问题

代码：(ABA的产生)

AtomicReference<String> stringAtomicReference = new AtomicReference<>("A");

//t1 改为B再改回A
new Thread(() -> {
    
    
    stringAtomicReference.compareAndSet("A","B");
    System.out.println("v1 = " + stringAtomicReference.get());
    stringAtomicReference.compareAndSet("B","A");
    System.out.println("v2 = " + stringAtomicReference.get());
},"t1").start();

//t2 将A改为B
new Thread(() -> {
    
    
	try {
    
    
     TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
 } catch (InterruptedException e) {
    
    
     e.printStackTrace();
 }
 
    stringAtomicReference.compareAndSet("A","B");
    System.out.println("v3 = " + stringAtomicReference.get());
},"t2").start();

代码：（ABA的解决，使用包含时间戳的原子类：AtomicStampedReference）

AtomicStampedReference<String> stampedReference = new AtomicStampedReference<>("A", 1);
//t3 改为B再改回A
new Thread(() -> {
    
    
    //保证t4先获取到版本号
    try {
    
    
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    } catch (InterruptedException e) {
    
    
        e.printStackTrace();
    }

    boolean compareAndSet1 = stampedReference.compareAndSet("A", "B", stampedReference.getStamp(), stampedReference.getStamp() + 1);
    System.out.println("compareAndSet1 = " + compareAndSet1);

    boolean compareAndSet2 = stampedReference.compareAndSet("B", "A", stampedReference.getStamp(), stampedReference.getStamp() + 1);
    System.out.println("compareAndSet2 = " + compareAndSet2);
}, "t3").start();

//t4 将A改为B
new Thread(() -> {
    
    
    int stamp = stampedReference.getStamp();

    //保证t3执行一次ABA操作了
    try {
    
    
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
    } catch (InterruptedException e) {
    
    
        e.printStackTrace();
    }

    boolean compareAndSet3 = stampedReference.compareAndSet("A", "B", stamp, stamp + 1);
    System.out.println("compareAndSet3 = " + compareAndSet3);
}, "t4").start();

---

集合类异常 ConcurrentModificationException

产生：

• 代码：

List<Integer> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
    
    int finalI = i;
    new Thread(() -> {
    
    
        for (int j = 0; j < 100; j++) {
    
    
            list.add(finalI * j);
        }

        System.out.println(list);
    }).start();
}

• 会出现java.util.ConcurrentModificationException：
  

原因:

• 并发争抢修改导致

解决方法:

• 使用vector,底层给方法加了synchronized,效率低
  

• 使用Collections工具类,将不安全的集合包装成安全的集合类,
  
  实际是在方法体内加synchronized:
  

• 使用juc中的类
  
  
  写时复制

  • CopyOnWrite容器即写时复制的容器。
  • 往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器Object[]添加，而是先将当前容器Object[]进icopy,复制出一个新的容器object[] newELements
  • 然后新的容器object[] newELements里添加元素
  • 添加完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器: setArray(newELements);
  • 这样做的好处是可以对Copyonwrite容器进行并发的读，而不需要加锁，因为当前容器不会添加任何元素。所以Copyonwrite容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器

不安全的类及其对应的juc类:

• ArrayList —> CopyOnWriteArrayList
• HashSet —> CopyOnWriteArraySet
• HashMap —> ConcurrentHashMap

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方法参数传递机制:

题目:

结果:

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锁

公平锁/非公平锁

主要看有线程没有排队

• 公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁
• 非公平锁是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序，有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取，在高并发的情况下，有可能会造成优先级反转或者饥饿现象

公平锁/非公平锁

• 并发包中ReentrantLock的创建可以指定构造函数的boolean类型来得到公平锁或非公平锁，默认是非公平锁

关于两者区别:

• 公平锁:Threads acquire a fair lock in the order in which they requested it
  公平锁，就是很公平，在并发环境中，每个线程在获取锁时会先查看此锁维护的等待队列，如果为空，或者当前线程是等待队列的第一个，就占有锁，否则就会加入到等待队列中，以后会按照FIFO的规则从队列中取到自己
• 非公平锁: a nonfair lock permits barging: threads requesting a lock can jump ahead of the queue of waiting threads if the lockhappens to be available when it is requested.
  非公平锁比较粗鲁，上来就直接尝试占有锁，如果尝试失败，就再采用类似公平锁那种方遗。

ReentrantLock默认采用的是非公平锁,可以增大吞吐量;synchronized也是一种非公平锁.

可重入锁 (递归锁)

• 同一个线程在外层方法获取锁的时候，在进入内层方法会自动获取锁
• 也就是说，线程可以进入任何一个它已经拥有的锁所同步着的代码块。

A调用B方法,A获得了锁,则B不用再获取锁

代码:

• synchronized版:

@Slf4j
public class P27 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        P27 p = new P27();
        p.sendSms();
    }

    synchronized void sendSms() {
    
    
        log.info("发短信...");
        sendEmail();
    }

    synchronized void sendEmail() {
    
    
        log.info("发邮箱...");
    }
}

解释:

• synchronized修饰普通方法,锁的是对象,即锁是调用的对象
• sendSms获得了锁,内部调用sendEmail又要获取锁,按理已经被获取了,是获取不到的
• 但是,由于是可重入锁,sendEmail在sendSms内部,sendSms已经获取到锁了,内部方法不用再去获取锁了,已经自动获取了

• lock版:

@Slf4j
public class P27 {
    
    
    Lock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) {
    
    
        P27 p = new P27();
        p.sendSms();
    }

    void sendSms() {
    
    
        lock.lock();

        try {
    
    
            log.info("发短信...");
            sendEmail();
        } finally {
    
    
            lock.unlock();
        }
    }

    void sendEmail() {
    
    
        lock.lock();

        try {
    
    
            log.info("发邮箱...");
        } finally {
    
    
            lock.unlock();
        }
    }
}

自旋锁

• 循环比较,直到成功为止.
• 没有类似wait的阻塞

手写一个自旋锁:

@Slf4j
public class P29 {
    
    
    AtomicReference<Thread> atomicReference = new AtomicReference<>();

	//加锁
    void myLock() {
    
    
        log.info("准备获取锁...");
        while (!atomicReference.compareAndSet(null, Thread.currentThread())) {
    
    

        }
        log.info("获取到锁");
    }

	//解锁
    void myUnlock() {
    
    
        log.info("准备释放锁...");
        atomicReference.compareAndSet(Thread.currentThread(), null);
        log.info("释放锁成功");
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        P29 p = new P29();

        //线程1先获取到锁
        new Thread(() -> {
    
    
            p.myLock();

            try {
    
    
                log.info("do something");
                //保证线程2准备获取锁，但又没获取到
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            } finally {
    
    
                p.myUnlock();
            }
        }).start();

        //保证线程1获取到锁
        try {
    
    
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }

        //线程1释放锁之后，线程2才能获取到锁
        new Thread(() -> {
    
    
            p.myLock();

            try {
    
    
                log.info("do something");
            } finally {
    
    
                p.myUnlock();
            }
        }).start();
    }
}

独占锁（写锁）、共享锁（读锁）、互斥锁

• 读读可以共存
• 读写、写写不能共存

代码：

@Slf4j
public class P31 {
    
    
    volatile Map<Integer, Integer> cache = new HashMap<>();

    ReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();

    /**
     * 放入数据
     */
    void put(int key, int val) {
    
    
        Lock writeLock = rwLock.writeLock();
        writeLock.lock();
        try {
    
    
            log.info("准备写入：{}", key);
            cache.put(key, val);
            log.info("{}写入完成！", key);
        } finally {
    
    
            writeLock.unlock();
        }
    }

    /**
     * 读取数据
     */
    void get(int key) {
    
    
        Lock readLock = rwLock.readLock();
        readLock.lock();
        try {
    
    
            log.info("准备读取：{}", key);
            Integer val = cache.get(key);
            log.info("读取到的结果：{}", val);
        } finally {
    
    
            readLock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        P31 p = new P31();

        for (int i = 0; i < 3; i++) {
    
    
            int finalI = i;
            new Thread(() -> {
    
    
                p.put(finalI, finalI);
            }, String.valueOf(i)).start();
        }

        for (int i = 0; i < 3; i++) {
    
    
            int finalI = i;
            new Thread(() -> {
    
    
                p.get(finalI);
            }, String.valueOf(3 + i)).start();
        }
    }
}

• 写入不存在插队现象。读取存在插队现象，因为是共享锁。

CounDownLatch

• 让一些线程阻塞直到另一些线程完成一系列操作后才被唤醒
• CountDownLatch主要有两个方法，当一个或多个线程调用await方法时，调用线程会被阻塞。其它线程调用countDown方法会将计数器减1(调用countDown方法的线程不会阻塞)，当计数器的值变为零时，因调用await方法被阻塞的线程会被唤醒，继续执行。

例如，一年12个月，12个月都过了，一年才算过完了；

@Slf4j
public class P32 {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(12);

        for (int i = 1; i <= 12; i++) {
    
    
            int finalI= i;
            new Thread(() -> {
    
    
                log.info("{}月过了",finalI);
                countDownLatch.countDown();
            }).start();
        }

        countDownLatch.await();
        System.out.println("一年过完了");
    }
}

CyclicBarrier

• CyclicBarrier的字面意思是可循环（Cyclic）使用的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续干活，线程进入屏障通过CyclicBarrier的await()方法。
• CounDownLatch和CyclicBarrier除了一个是减的一个是增的外，还有一个区别。
  • CounDownLatch是A线程调用await，其他线程做coutDown，做完就没其他线程什么事了。类似于锁教室，人都走了（人走了就没人什么事了），才可以锁。
  • CyclicBarrier是每个线程调用await在那等，等到数目达到要求，所有await的线程一起做事。类似于拼团，人到齐了（人到齐了，人还要付款购买），每个人购买。

例如，模拟拼团：

@Slf4j
public class P33 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7, () -> {
    
    
            System.out.println("---拼团成功！！！---");
        });

        for (int i = 0; i < 7; i++) {
    
    
            final int finalI = i;
            new Thread(() -> {
    
    
                log.info("第{}个人参加拼团", finalI);
                try {
    
    
                    cyclicBarrier.await();
                    log.info("已经够7个人，第{}个人已付款，拼团成功", finalI);
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                }

            }).start();
        }
    }
}

Semaphore

• 信号量主要用于两个目的，一个是用于多个共享资源的互斥使用，另一个用于并发线程数的控制。

例如，饭店来了6个人，却只有三个餐桌可供就餐的例子：

@Slf4j
public class P34 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
        Random random = new Random();

        for (int i = 0; i < 6; i++) {
    
    
            int finalI = i;
            new Thread(() -> {
    
    
                try {
    
    
                    log.info("第{}个人准备就餐", finalI);
                    semaphore.acquire();

                    log.info("第{}个人成功就餐...", finalI);
                    int time = random.nextInt(3);
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(time);
                    log.info("第{}个人就餐结束，用时{}秒！", finalI, time);
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                } finally {
    
    
                    semaphore.release();
                }
            }).start();
        }
    }
}

---

枚举

• 枚举就类似数据库中的一张不可变的表
• 枚举是java中特殊的类，表示一组常量

常用方法：

• values(), 获取所有的常量
• ordinal(), 获取索引
• valueOf(), 获取指定字符串值的枚举常量

例如，有一张超级用户的表，有id、名称、密码等信息，便可以使用枚举来实现：

import lombok.Getter;

public enum AdminEnum {
    
    
    SUPER_ADMIN(1L, "超级管理员", "1234"),
    COMMON_ADMIN(2L, "普通管理员", "5678");

    @Getter
    private Long id;

    @Getter
    private String username;

    @Getter
    private String password;

    AdminEnum(Long id, String username, String password) {
    
    
        this.id = id;
        this.username = username;
        this.password = password;
    }

    //自定义方法，通过id来找用户
    public static AdminEnum getById(Long id){
    
    
        for (AdminEnum value : values()) {
    
    
            if (id.equals(value.id)){
    
    
                return value;
            }
        }
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        //获取所有枚举元素
        AdminEnum[] values = AdminEnum.values();
        System.out.println("====================");
        for (AdminEnum value : values) {
    
    
            //ordinal -- 枚举的索引
            System.out.println("ordinal = " + value.ordinal() + ",value = " + value);
        }

        //输出每一个枚举元素的信息
        System.out.println("====================");
        AdminEnum superAdmin = AdminEnum.SUPER_ADMIN;
        System.out.println("superAdmin = " + superAdmin);
        System.out.println("superAdmin.id = " + superAdmin.id);
        System.out.println("superAdmin.username = " + superAdmin.username);
        System.out.println("superAdmin.password = " + superAdmin.password);

        //获取指定字符串值的枚举常量
        System.out.println("====================");
        AdminEnum valueOf = AdminEnum.valueOf("SUPER_ADMIN");
        System.out.println("valueOf super_admin = " + valueOf);

        //通过id获取用户的方法：
        System.out.println("====================");
        AdminEnum byId = AdminEnum.getById(1L);
        System.out.println("byId = " + byId);
    }
}

阻塞队列

概述

• 当阻塞队列是空时，从队列中获取元素的操作将会被阻塞。
• 当阻塞队列是满时，往队列里添加元素的操作将会被阻塞。
• 在多线程领域:所谓阻塞，在某些情况下会挂起线程（即阻塞），一旦条件满足
  被挂起的线程又会自动被唤醒
• 为什么需要BlockingQueue
  • 好处是我们不需要关心什么时候需要阻塞线程，什么时候需要唤醒线程，因为这一切BlockingQueue都给你一手包办了
  • 在concurrent包发布以前，在多线程环境下，我们每个程序员都必须去自己控制这些细节，尤其还要兼顾效率和线程安全，而这会给我们的程序带来不小的复杂度。

阻塞队列：（常用已标红）

• ArrayBlockingQueue :由数组结构组成的有界阻塞队列。
• LinkedBlockingQueue:由链衣结构组成的有界(但大小默认值为Integer.MAX_VALUE)阻塞队
• PriorityBlockingQueue :支持优先级排序的无界阻塞队列。
• DelayQueue:使用优先级队列实现的延迟无界阻塞队列。
• SynchronousQueue:不存储元素的阻塞队列，也即单个元素的队列
• LinkedTransferQueue:由链表结构组成的无界阻塞队列。
• LinkedBlockingDeque:由链表结构组成的双向阻塞队列

常用方法：

ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue

抛出异常的方法：add、remove

public class P37 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        BlockingQueue<Integer> blockingQueue = new LinkedBlockingQueue<>(2);

        System.out.println("add 1：" + blockingQueue.add(1));
        System.out.println("add 2：" + blockingQueue.add(2));

        try {
    
    
            System.out.println("add 3：" + blockingQueue.add(3));
        } catch (Exception e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("element：" + blockingQueue.element());

        System.out.println("remove 1：" + blockingQueue.remove());
        System.out.println("remove 2：" + blockingQueue.remove());

        try {
    
    
            System.out.println("element：" + blockingQueue.element());
        } catch (Exception e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }

        try {
    
    
            System.out.println("remove 3：" + blockingQueue.remove());
        } catch (Exception e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

返回特殊值的方法：offer、poll

public class P38 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        BlockingQueue<Integer> blockingQueue = new LinkedBlockingQueue<>(2);

        System.out.println("offer 1：" + blockingQueue.offer(1));
        System.out.println("offer 2：" + blockingQueue.offer(2));

        try {
    
    
            System.out.println("offer 3：" + blockingQueue.offer(3));
        } catch (Exception e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("peek：" + blockingQueue.peek());

        System.out.println("poll 1：" + blockingQueue.poll());
        System.out.println("poll 2：" + blockingQueue.poll());

        try {
    
    
            System.out.println("peek：" + blockingQueue.peek());
        } catch (Exception e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }

        try {
    
    
            System.out.println("poll 3：" + blockingQueue.poll());
        } catch (Exception e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

一直阻塞：put、take

@Slf4j
public class P39 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        BlockingQueue<Integer> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(1);

        new Thread(() -> {
    
    
            try {
    
    
                blockingQueue.put(1);
                log.info("放入1成功");

                blockingQueue.put(2);
                log.info("放入2成功");
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();

        new Thread(() -> {
    
    
            try {
    
    
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);

                blockingQueue.take();
                log.info("取出1成功");

                blockingQueue.take();
                log.info("取出2成功");
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();

    }
}

• 当容量为1时，放入一个元素后，只有当该元素被取出来，才允许放入新元素，否则一直阻塞

超时机制：offer、poll

        BlockingQueue<Integer> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(1);

        System.out.println("blockingQueue.offer(1) = " + blockingQueue.offer(1));
        try {
    
    
            System.out.println("blockingQueue.offer(2,1,TimeUnit.SECONDS) = " + blockingQueue.offer(2,1,TimeUnit.SECONDS));
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }

SynchronousQueue(没有容量)

• SynchronousQueue是一个不存储元素的BlockingQueue。
• 每一个put操作必须要等待I个take操作，否则不能继续添加元素，反之亦然。
• 很类似ArrayBlockingQueue设置容量为1的情况

@Slf4j
public class P40 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        BlockingQueue<Integer> blockingQueue = new SynchronousQueue<>();

        new Thread(() -> {
    
    
            try {
    
    
                blockingQueue.put(1);
                log.info("放入1成功");

                blockingQueue.put(2);
                log.info("放入2成功");
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();

        new Thread(() -> {
    
    
            try {
    
    
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);

                blockingQueue.take();
                log.info("取出1成功");

                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);

                blockingQueue.take();
                log.info("取出2成功");
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
    }
}

线程通信–生产者消费者模型

synchronized、lock

• 线程 — 操作 — 资源类
• 判断 — 干活 — 通知

步骤

• 首先要有一个资源类，类似于一个商品（但储量只能为1）
• 操作即方法，假设有两个方法：生产、消费；
• 判断：判断该不该自己干活？如果不该，则等待（类似于已经有商品了，生产者等待）
• 如果该自己干活，则干活（类似于，已经有商品了，消费者该干活了）
• 干完活不忘通知其他线程干活（类似于生产一个商品，就要通知消费者消费；消费一个产品就要通知生产者生产）
• 注意：防止虚假唤醒，使用while而不是if，因为现在只有两个操作，如果有还有第三个操作，那么一旦唤醒，其他两个都会被唤醒，实际我们只想唤醒其中一个

synchronized版和lock版：

• sync版，使用sync加锁，wait等待，notify进行通知；
• lock版，使用lock加锁，lock.newCondition()的await进行等待、signal进行通知；
• 后面还有阻塞队列版
  

public class P41 {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        //=============使用synchronized实现=========
        ResourceSync resourceSync = new ResourceSync();

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
    
    
            new Thread(() -> {
    
    
                try {
    
    
                    resourceSync.add();
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();

            new Thread(() -> {
    
    
                try {
    
    
                    resourceSync.del();
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }

		TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        System.out.println("=====================");

        //===============使用lock实现===================
        ResourceLock resourceLock = new ResourceLock();

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
    
    
            new Thread(() -> {
    
    
                try {
    
    
                    resourceLock.add();
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();

            new Thread(() -> {
    
    
                try {
    
    
                    resourceLock.del();
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

// 使用synchronized实现
@Slf4j
class ResourceSync {
    
    
    int count;

    synchronized void add() throws InterruptedException {
    
    
        while (count != 0) {
    
    
            this.wait();
        }

        log.info("add 1");
        count++;
        this.notifyAll();
    }

    synchronized void del() throws InterruptedException {
    
    
        while (count == 0) {
    
    
            this.wait();
        }

        log.info("del 1");
        count--;
        this.notifyAll();
    }
}

// 使用lock实现
@Slf4j
class ResourceLock {
    
    
    int count;
    Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition = lock.newCondition();

    void add() throws InterruptedException {
    
    
        lock.lock();
        try {
    
    
            while (count != 0) {
    
    
                condition.await();
            }

            log.info("add 1");
            count++;
            condition.signalAll();
        } finally {
    
    
            lock.unlock();
        }

    }

    void del() throws InterruptedException {
    
    
        lock.lock();
        try {
    
    
            while (count == 0) {
    
    
                condition.await();
            }

            log.info("del 1");
            count--;
            condition.signalAll();
        } finally {
    
    
            lock.unlock();
        }

    }
}

阻塞队列

生产者消费者 – 阻塞队列

public class P44 {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        Resource44 resource = new Resource44(new ArrayBlockingQueue<>(3));

        //生产线程启动
        new Thread(() -> {
    
    
            try {
    
    
                resource.product();
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();

        //消费线程启动
        new Thread(() -> {
    
    
            try {
    
    
                resource.consumer();
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();

        //五秒后强制叫停：
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        System.out.println("main方法叫停生产消费！！！");
        resource.stop();
    }
}

@Slf4j
class Resource44 {
    
    
    private volatile boolean flag = true;
    private BlockingQueue<Integer> blockingQueue;
    private AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();

    public Resource44(BlockingQueue<Integer> blockingQueue) {
    
    
        this.blockingQueue = blockingQueue;
        log.info("BlockingQueue:{}", blockingQueue.getClass().getName());
    }

    /**
     * 生产者生产
     *
     * @throws InterruptedException
     */
    public void product() throws InterruptedException {
    
    
        while (flag) {
    
    
            int val = atomicInteger.incrementAndGet();
            boolean offer = blockingQueue.offer(val, 2, TimeUnit.SECONDS);
            if (offer) {
    
    
                log.info("生产 资源-{} 成功", val);
            } else {
    
    
                log.info("生产 资源-{} 失败", val);
            }

            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        }
        log.info("生产者停止生产！！！");
    }

    /**
     * 消费者消费
     *
     * @throws InterruptedException
     */
    public void consumer() throws InterruptedException {
    
    
        while (flag) {
    
    
            Integer poll = blockingQueue.poll(1, TimeUnit.SECONDS);
            if (StringUtils.isEmpty(poll)) {
    
    
                log.info("消费者1秒钟未收到资源，停止消费！！！");
            } else {
    
    
                log.info("消费 资源-{}", poll);
            }

            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        }
        log.info("消费者停止消费！！！");
    }

    /**
     * 强制停止生产消费
     */
    public void stop() {
    
    
        this.flag = false;
    }
}

---

synchronized和lock的区别

1、原始构成

• synchronized是关键字属于JVM层面
  • monitorenter(底层是通过monitor对象来完成，其实wait/notify等方法也依赖于moniton对象，只有在同步块或方法中才能调wait/notify等友
  • monitorexit
• Lock是具体类(java.util.concurrent.locks.Lock)是api层面的锁

2、使用方法

• synchronized不需要用户去手动释放锁，当synchronized代码执行完后系统会自动让线程释放对锁的占用
• ReentrantLock则需要用户去手动释放锁若没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。需要Lock( )利lunLock()方法配合try/finally语句块来完成。

3、等待是否可中断

• synchronized不可中断，除非抛出异常或者正常运行完成
• ReentrantLock可中断
  • 1.设置超时方法 tryLock(Long timeout，TimeUnit unit)
  • 2.lockInterruptibly()放代码块中，调用interrupt()方法可中断

4、加锁是否公平

• synchronized非公平锁
• ReentrantLock两者都可以，默认非公平锁，构造方法可以传入boolean值，true为公平锁，false为非公平锁

5、锁绑定多个条件condition

• synchronized没有
• ReentrantLock用来实现分组唤醒需要唤醒的线程们，可以精确唤醒，而不是像synchronized要么随机唤醒一个线程要么唤醒全部线程。

即：

• 对于创建，一个是关键字，一个是类，可以指定参数是否公平
• 对于使用，lock需要手动解锁，但是也可以中断
• 优势：lock可以精确唤醒

---

要求：

• 以 5次AA，10次BB，15次CC 的顺序打印
• 重复10次

实现：（主要就是lock的精准唤醒）

public class P43 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        Print print = new Print();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
    
            new Thread(() -> {
    
    
                print.printA();
            }).start();

            new Thread(() -> {
    
    
                print.printB();
            }).start();

            new Thread(() -> {
    
    
                print.printC();
            }).start();
        }
    }
}

class Print {
    
    
    Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition c1 = lock.newCondition();
    Condition c2 = lock.newCondition();
    Condition c3 = lock.newCondition();

    int note;

    void printA() {
    
    
        lock.lock();
        try {
    
    
            while (note != 0) {
    
    
                c1.await();
            }

            for (int i = 0; i < 5; i++) {
    
    
                System.out.println("AA");
            }

            note = 1;
            c2.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        } finally {
    
    
            lock.unlock();
        }
    }

    void printB() {
    
    
        lock.lock();
        try {
    
    
            while (note != 1) {
    
    
                c2.await();
            }

            for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
    
                System.out.println("BB");
            }

            note = 2;
            c3.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        } finally {
    
    
            lock.unlock();
        }
    }

    void printC() {
    
    
        lock.lock();
        try {
    
    
            while (note != 2) {
    
    
                c3.await();
            }

            for (int i = 0; i < 15; i++) {
    
    
                System.out.println("CC");
            }

            note = 0;
            c1.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        } finally {
    
    
            lock.unlock();
        }
    }
}

---

Callable

public class P45 {
    
    
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    
    
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(new CallableImpl());

        new Thread(futureTask).start();
        new Thread(futureTask).start();

        String res = futureTask.get();
        System.out.println(res);
    }
}

class CallableImpl implements Callable<String> {
    
    

    @Override
    public String call() throws Exception {
    
    
        System.out.println("CallableImpl.call...");
        return "ok";
    }
}

---

• FutureTash实现了Runnable：又可以传Callable
  
  
  

• 使用new Thread开启线程，多次传同一个同一个FutureTask对象，只会计算一次，但是传的是不同FutureTask对象，则会计算多次。例如上例中明明开启两个线程，但只计算了一次：
  
  

线程池：

总结在另一篇文章：https://blog.csdn.net/m0_55155505/article/details/125191350

死锁：

• 死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中,因争夺资源而造成的一种互相等待的现象,若无外力干滩那它们都将无法推进下去，
• 如果系统资源充足，进程的资源请求都能够得到满足，死锁出现的可能性就很低，否则就会因争夺有限的资源而陷入死锁。

代码

• lock版，模拟变高的人想变瘦，变瘦的人想变高，互相想获得对方的锁：

public class P55 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        Resource55 resource = new Resource55();

        new Thread(() -> {
    
    
            resource.toHigh();
        }).start();

        new Thread(() -> {
    
    
            resource.toThin();
        }).start();
    }
}

@Slf4j
class Resource55{
    
    
    Lock l1 = new ReentrantLock();
    Lock l2 = new ReentrantLock();

    void toHigh(){
    
    
        l1.lock();
        try{
    
    
            log.info("变高了...");
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            //变高的人想变瘦
            toThin();
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        } finally {
    
    
            l1.unlock();
        }
    }

    void toThin(){
    
    
        l2.lock();
        try{
    
    
            log.info("变瘦了...");
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            //变瘦的人想变高
            toHigh();
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        } finally {
    
    
            l2.unlock();
        }
    }
}

如何知道这是死锁，而不是死循环等错误？

• 命令行输入jps -l查看对应的pid
  
• 输入jstack 对应pid
  
• 最后面写着：Found 1 deadlock
  

• sync版：
  • 持有lockA的准备获取锁lockB，持有lockB的准备获取lockA

@Slf4j
class RunnableImpl55 implements Runnable{
    
    
    private String lockA;
    private String lockB;

    public RunnableImpl55(String lockA, String lockB) {
    
    
        this.lockA = lockA;
        this.lockB = lockB;
    }

    private void lockA2lockB() throws InterruptedException {
    
    
        synchronized (lockA){
    
    
            log.info("已经持有锁：{}，想要获取锁：{}",lockA,lockB);
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            lockB2lockA();
        }
    }
    private void lockB2lockA() throws InterruptedException {
    
    
        synchronized (lockB){
    
    
            log.info("已经持有锁：{}，想要获取锁：{}",lockB,lockA);
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            lockA2lockB();
        }
    }
    @Override
    public void run() {
    
    
        try {
    
    
            lockA2lockB();
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        String lockA = "lockA";
        String lockB = "lockB";

        new Thread(new RunnableImpl55(lockA,lockB)).start();
        new Thread(new RunnableImpl55(lockB,lockA)).start();
    }
}

JVM

另一篇文章：https://blog.csdn.net/m0_55155505/article/details/125976760

类加载器

类加载器分类（按照java虚拟机规范）

• 引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）
• 自定义类加载器（User-Defined ClassLoader,除了引导类加载器以外的)

---

虚拟机自带的加载器：
1、引导类加载器：Bootstrap ClassLoader

• c/c++语言实现，嵌套在jvm内部
• 用来加载java核心库：JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar或sun.boot.class.path路径下的内容，用于提供jvm自身需要的类
• 并不继承自java.lang.ClassLoader,没有父加载器
• 架载扩展类和应用程序类加载器，并指定为他们的父类加载器
• 处于安全考虑，只加载包名为java、javax、sun等开头的类

  //通过Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs()获取：
  file:/C:/Java/jdk1.8.0_271/jre/lib/resources.jar
  file:/C:/Java/jdk1.8.0_271/jre/lib/rt.jar
  file:/C:/Java/jdk1.8.0_271/jre/lib/sunrsasign.jar
  file:/C:/Java/jdk1.8.0_271/jre/lib/jsse.jar
  file:/C:/Java/jdk1.8.0_271/jre/lib/jce.jar
  file:/C:/Java/jdk1.8.0_271/jre/lib/charsets.jar
  file:/C:/Java/jdk1.8.0_271/jre/lib/jfr.jar
  file:/C:/Java/jdk1.8.0_271/jre/classes
  

2、扩展类加载器

• java语言编写
• 派生于ClassLoader
• 父类为启动类加载器
• java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或从jdk安装目录的jre/lib/ext子目录（扩展目录）下加载类库。如果用户创建的jar放在此目录下，也就自动有扩展类加载器加载

  //通过System.getProperty("java.ext.dirs")获取：
  C:\Java\jdk1.8.0_271\jre\lib\ext;C:\Windows\Sun\Java\lib\ext
  

3、应用程序类加载器（系统类加载器，appClassLoader）

• java语言编写，有sun.misc.Launcher$AppclassLoader实现
• 派生于ClassLoader类
• 父类加载器为扩展类类加载器
• 它负责加载器环境变量classpath（自定义类）或系统属性java.class.path指定路径下的类库
• 该类加载是程序中默认的类加载器，一般来说，java应用的类都是由它来完成加载
• 通过ClassLoaser#getSystemClassLoader()方法可以获取到该类的类加载器

---

双亲委派机制

java虚拟机对class文件采用的是按需加载的方式，也就是说当需要使用该类的时候才会将该类的class文件加载到内存生成class对象，而且加载某个类的class文件时，java虚拟机采用的时双亲委派模式，即把请求交由父类处理，他是一种任务委派模式

---

原理：（向上委托到最顶层之后，依次尝试加载：引导类加载器 -> 扩展类加载器 -> 系统类加载器）

• 如果一个类加载器收到了类加载请求，并不会自己先去加载，而是委托给其父类加载器进行加载
• 如果其父类加载器还存在父类，则会继续向上委托，最终到达引导类加载器
• 如果父类可以完成类加载，则成功返回，否则，子类加载器尝试进行类加载

---

例子：

• 自定义一个java.lang.String类
  
• 尝试创建对象
  
• 发现用不是自定义的String类（未输出"自定义String…"）

---

优点：

• 防止重复加载
• 防止核心api被篡改(例如：不能在java.lang下自定义类，否则会报java.lang.SecurityException)

沙箱安全机制

原文更详细：https://blog.csdn.net/qq_30336433/article/details/83268945
是什么？

• Java安全模型的核心就是Java沙箱（sandbox），什么是沙箱？沙箱是一个限制程序运行的环境。
• 沙箱机制就是将 Java 代码限定在虚拟机(JVM)特定的运行范围中，并且严格限制代码对本地系统资源访问，通过这样的措施来保证对代码的有效隔离，防止对本地系统造成破坏。
• 沙箱主要限制系统资源访问，那系统资源包括什么？——CPU、内存、文件系统、网络。不同级别的沙箱对这些资源访问的限制也可以不一样。
• 所有的Java程序运行都可以指定沙箱，可以定制安全策略。

核心组件：

• 字节码校验器（bytecode verifier）：确保Java类文件遵循Java语言规范。这样可以帮助Java程序实现内存保护。但并不是所有的类文件都会经过字节码校验，比如核心类。
• 类装载器（class loader）：其中类装载器在3个方面对Java沙箱起作用
  • 它防止恶意代码去干涉善意的代码；
  • 它守护了被信任的类库边界；
  • 它将代码归入保护域，确定了代码可以进行哪些操作。

  虚拟机为不同的类加载器载入的类提供不同的命名空间，命名空间由一系列唯一的名称组成，每一个被装载的类将有一个名字，这个命名空间是由Java虚拟机为每一个类装载器维护的，它们互相之间甚至不可见。

  ---

  类装载器采用的机制是双亲委派模式.

  • 从最内层JVM自带类加载器开始加载，外层恶意同名类得不到加载从而无法使用；
  • 由于严格通过包来区分了访问域，外层恶意的类通过内置代码也无法获得权限访问到内层类，破坏代码就自然无法生效。

• 存取控制器（access controller）：存取控制器可以控制核心API对操作系统的存取权限，而这个控制的策略设定，可以由用户指定。
• 安全管理器（security manager）：是核心API和操作系统之间的主要接口。实现权限控制，比存取控制器优先级高。
• 安全软件包（security package）：java.security下的类和扩展包下的类，允许用户为自己的应用增加新的安全特性

  包括：安全提供者、消息摘要、数字签名、加密、鉴别

---

如图：自定义java.lang.String类，自其中写main方法尝试运行

运行结果：

说明使用的不是我们自定义的String

结论：

• 1、自定义String类，在加载的时候使用引导类加载器进行加载
  ↓
  2、引导类加载器在加载的时候会加载jdk自带的文件中的String类
  ↓
  3、自带jdk中的String没有main方法，导致报错

• 这样可以保证对java核心源代码的保护，这就是沙箱安全机制

垃圾回收（如何判断垃圾、GC Root是什么）

什么是垃圾：内存中不在使用的空间
如何判断：

• 引用计数法（了解）
  

• 枚举根节点做可达性分析（根搜索路径）

  • 从GC Root开始，可达的就不是垃圾
  • GC Root包括哪些：（熟悉前四种）
    • 虚拟机栈中引用的对象

      比如:各个线程被调用的方法中使用到的参数、局部变量等。

    • 本地方法栈内JNI(通常说的本地方法)引用的对象
    • 方法区中类静态属性引用的对象

      比如:Java类的引用类型静态变量

    • 方法区中常量引用的对象

      比如:字符串常量池（stringTable）里的引用、static final修饰的常量

    • 所有被同步锁synchronized持有的对象
    • Java虚拟机内部的引用。

      基本数据类型对应的class对象，一些常驻的异常对象（如:NullPointerException、outofMemoryError)，系统类加载器。

    • 反映java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存等。

如何清除：清除阶段算法

• 复制算法
• 标记清除
• 标记整理

JVM参数

分为以下三种参数：

• 标配参数
  

• X参数（了解）

• XX参数（包括Xms、Xmx，类似于起了别名）
  

---

XX参数：

• Boolean类型，-XX:+(或-)参数，例如：-XX:+PrintGCDetails
  查看是否开启：
  
  添加运行参数：
  
  再次查看：
  

• KV设置值类型：-XX:属性key=属性value，例如-XX:MetaspaceSize=11111111
  查看：
  
  设置：
  
  再查看：（和设置的不一致应该是动态调整）
  

---

jinfo

• 用法：
  

---

注意：

• -Xms、-Xmx属于XX参数，类似于起了别名！
• -Xms :初始堆空间内存（默认为物理内存的1/64)
• -Xmx:最大堆空间内存（默认为物理内存的1/4）
  

---

查看初始默认参数：

• java -XX:+PrintFlagsInitial初始化参数
  

• java -XX:+PrintFlagsFinal用于查看修改后的参数（ = 表示默认， := 表示修改过，修改后的值；但jdk17的话，没有使用=和:=，而是在最后面加了一个参数（default、command line）用来表示是默认值还是修改了的值）

  • jdk 8：
    
  • jdk17：
    

• java -XX:+PrintCommandLineFlags打印命令行参数
  

---

使用代码查看：

public class P65 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();
        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();

        System.out.println("totalMemory = " + totalMemory / 1024 / 1024 + " MB");
        System.out.println("64 * totalMemory = " + 64 * totalMemory / 1024 / 1024 + " MB");
        System.out.println("maxMemory = " + maxMemory / 1024 / 1024 + " MB");
        System.out.println("4 * maxMemory = " + 4 * maxMemory / 1024 / 1024 + " MB");
    }
}

---

你配过哪些参数？
-XX:+PrintFlagsInitial :查看所有的参数的默认初始值（示例在本节最后面）
-XX:+PrintFlagsFinal:查看所有的参数的最终值（可能会存在修改，不再是初始值;=表示初始值，:=表示修改过，修改后的值)
-Xms :初始堆空间内存（默认为物理内存的1/64),等价于-XX:InitialHeapSize
-Xmx:最大堆空间内存（默认为物理内存的1/4）,等价于-XX:MaxHeapSize
-Xss：设置单个线程栈的大小，一般为512k~1024k；等价于-XX:ThreadStackSize
-Xmn:设置新生代的大小。(初始值及最大值)
-XX:MetaspaceSize:设置元空间大小
-XX:NewRatio:配置新生代与老年代在堆结构的占比
-XX:SurvivorRatio:设置新生代中Eden和so/s1空间的比例
-XX:MaxTenuringThreshold:设置新生代垃圾的最大年龄
-XX:+PrintGCDetails:输出详细的Gc处理日志
打印gc简要信息:1、-XX:+PrintGC 2、-verbose:gc
-XX:HandlePromotionFailure:是否设置空间分配担保

关于GC参数可参考：PrintGCDetails 输出参数及解释

强引用、软引用、弱引用、虚引用

详细的，可参考：https://blog.csdn.net/m0_55155505/article/details/125976760#_1355

强引用：默认就是强引用，宁愿OOM也不回收

public class P72 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        Object obj = new Object();

        try {
    
    
            toOOM();
        } catch (OutOfMemoryError e) {
    
    
        	e.printStackTrace();
            System.out.println(obj);
        }
    }

    public static void toOOM() throws OutOfMemoryError {
    
    
        // 设置参数 -Xms10m -Xmx10m
        byte[] bytes = new byte[10 * 1024 * 1024];
    }
}

软引用：内存够不回收，内存不足会被回收

public class P73 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        Object obj = new Object();
        SoftReference softReference = new SoftReference(obj);
        obj = null;

        System.gc();

        System.out.println("第一次gc后：");
        System.out.println("obj = " + obj);
        System.out.println("softReference.get() = " + softReference.get());


        try {
    
    
            toOOM();
        } catch (OutOfMemoryError e) {
    
    
            e.printStackTrace();
            System.out.println("OOM之后：");
            System.out.println("obj = " + obj);
            System.out.println("softReference.get() = " + softReference.get());
        }
    }

    public static void toOOM() throws OutOfMemoryError {
    
    
        // -Xms10m -Xmx10m
        byte[] bytes = new byte[10 * 1024 * 1024];
    }
}

弱引用：只要发生gc，就会被回收

• 例子

public class P74 {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        Object obj = new Object();
        WeakReference weakReference = new WeakReference(obj);
        obj = null;

        System.gc();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        
        System.out.println("obj = " + obj);
        System.out.println("weakReference.get() = " + weakReference.get());
    }
}

• ReferenceQueue：被gc清理后，放入到该队列中：

public class P78 {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        Object obj = new Object();
        ReferenceQueue referenceQueue = new ReferenceQueue();

        WeakReference weakReference = new WeakReference(obj, referenceQueue);

        System.out.println("=====gc前：=====");
        System.out.println("obj = " + obj);
        System.out.println("weakReference.get() = " + weakReference.get());
        System.out.println("referenceQueue.poll() = " + referenceQueue.poll());

        obj = null;

        System.gc();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

        System.out.println("=====gc后：=====");
        System.out.println("obj = " + obj);
        System.out.println("weakReference.get() = " + weakReference.get());
        System.out.println("referenceQueue.poll() = " + referenceQueue.poll());
    }
}

虚引用：

• 在被回收前被引用队列保存下
  
• 代码：

public class P79 {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        Object obj = new Object();
        ReferenceQueue referenceQueue = new ReferenceQueue();

        PhantomReference phantomReference = new PhantomReference(obj, referenceQueue);

        System.out.println("=====gc前：=====");
        System.out.println("obj = " + obj);
        System.out.println("phantomReference.get() = " + phantomReference.get());
        System.out.println("referenceQueue.poll() = " + referenceQueue.poll());

        obj = null;

        System.gc();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

        System.out.println("=====gc后：=====");
        System.out.println("obj = " + obj);
        System.out.println("phantomReference.get() = " + phantomReference.get());
        System.out.println("referenceQueue.poll() = " + referenceQueue.poll());
    }
}

软引用、弱引用的应用：

---

WeakHashMap:

public class P76 {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        WeakHashMap<String, Object> weakHashMap = new WeakHashMap<>();
        String key = new String("a");
        Object val = new Object();

        weakHashMap.put(key, val);

        key = null;

        System.gc();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

        System.out.println(weakHashMap); //{}
    }
}

---

SOFE (StackOverflowError)

java.lang.StackOverflowError

public class P81 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        main(args);
    }
}

---

OOM

Java heap space

对象创建的堆装不下了！！！

public class P82 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        // -Xms10m -Xmx10m
        byte[] bytes = new byte[10 * 1024 * 1024];
    }
}

---

GC overhead limit exceeded

• GC回收时间过长时会抛出OutOfMemroyError。
• 过长的定义是，超过98%的时间用来做GC并且回收了不到2%的堆内存。连续多次GC 都只回收了不到2%的极端情况下才会抛出。
• 假如不抛出 GC overhead limit错误会发生什么情况呢?那就是GC清理的这么点内存很快会再次填满，迫使GC再次执行，这样就形成恶性循环，CPU使用率一直是100%，而GC却没有任何成果

public class P83 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        // -Xms10m -Xmx10m -XX:+PrintGCDetails

        List<String> list = new ArrayList<>();

        int i = 0;
        try {
    
    
            while (true) {
    
    
                list.add(String.valueOf(i++).intern());
            }
        } catch (Throwable e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

看垃圾回收情况：基本没会受到垃圾！！

Direct buffer memory

导致原因：

• 写NIO程序经常使用ByteBuffer来读取或者写入数据，这是一种基于通道(Channel)与缓冲区(Buffer)的I/O方式，

• 它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在ava堆和 Native堆中来回复制数据。

  • ByteBuffer.allocate(capability)第一种方式是分配JVM堆内存，属于GC管辖范围，由于需要拷贝所以速度相对较慢

  • ByteBuffer.allocteDirect(capability)第二种方式是分配OS本地内存，不属于GC管辖范围，由于不需要内存拷贝所以速度相对较快。

• 但如果不断分配本地内存，堆内存很少使用，那么JVM就不需要执行GC, DirectByteBuffer对象们就不会被回收.

• 这时候堆内存充足，但本地内存可能已经使用光了，再次尝试分配本地内存就会出现OutOfMemoryError，那程序就直接崩溃了。

例子：

public class P84 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        // -Xms10m -Xmx10m -XX:+PrintGCDetails -XX:MaxDirectMemorySize=5m
        // 设置本地内存5M，但申请6M的空间
        
        long maxDirectMemory = VM.maxDirectMemory();
        System.out.println("maxDirectMemory = " + maxDirectMemory / (double) 1024 / 1024 + " MB");

        ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocateDirect(6 * 1024 * 1024);
    }
}

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unable to create new thread

线程创建的太多了

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• 代码：
  
• 结果：
  

---

Linux如何调最大线程数？

• 查看：ulimit -u
  

• 修改：vim /etc/security/limits.d/20-nproc.conf；*表示除了root之外的用户，这里可以看到，root用户没有限制，其他用户是4096（不同的服务器配置不同，也可能是1024）
  

Metaspace

public class P87 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        // -XX:MaxMetaspaceSize=10m
        int i = 0;
        try {
    
    
            for (; ; i++) {
    
    
                Enhancer enhancer = new Enhancer();
                enhancer.setSuperclass(P87.class);
                // 默认是true，表示是同一个class；设为false，每次在方法区产生新的class
                enhancer.setUseCache(false);
                enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
    
    
                    @Override
                    public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
    
    
                        return methodProxy.invoke(o, objects);
                    }
                });
                enhancer.create();
            }
        } catch (Throwable e) {
    
    
            e.printStackTrace();
            System.out.println("次数：" + i);
        }
    }
}

垃圾收集器

四种类型垃圾回收器：

• Serial：串行；为单线程环境设计，只使用一个线程进行垃圾回收，会停止所有的用户线程。不适合服务器环境（例如双十一，停一下试试）。
• Parallel：并行；多个线程同时进行垃圾回收，用户线程停止。适合做科学计算等弱交互场景。
• CMS：concurrent mark sweep，并发标记清除；用户线程和垃圾回收线程可同时执行（不一定并行，也可能是并发），互联网公司多使用它，适用于对响应时间有要求的场景。存在STW（stop the world），但时间短
• G1:分区垃圾回收，每一个区都可以是Eden、Survivor、Old，较大对象那个可放在H，分区进行清理
  

详细内容可前往：https://blog.csdn.net/m0_55155505/article/details/125976760#_1511

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查看默认垃圾回收器：java -XX:+PrintCommandLineFlags -version

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JVM提供的垃圾收集器：

jdk 8 情况下，查看各个垃圾收集器的使用情况：

C:\Users\AikeTech>jps
7092 P91
8648
6828 Launcher
8380 Jps


C:\Users\AikeTech>jinfo -flag UseSerialGC  7092
-XX:-UseSerialGC

C:\Users\AikeTech>jinfo -flag UseConcMarkSweepGC  7092
-XX:-UseConcMarkSweepGC

C:\Users\AikeTech>jinfo -flag UseParNewGC  7092
-XX:-UseParNewGC

C:\Users\AikeTech>jinfo -flag UseParallelGC  7092
-XX:+UseParallelGC

C:\Users\AikeTech>jinfo -flag UseParallelOldGC  7092
-XX:+UseParallelOldGC

C:\Users\AikeTech>jinfo -flag UseG1GC 7092
-XX:-UseG1GC

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七种垃圾收集器：

• Serial Old已经没有了，但存在过！
  
  

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DerNew(Serial)、Tenured(Serial old)、ParNew、PSYoungGen、ParOldGen

• 如：下图中的DefNew 、default new generation、Tenured
  

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Server与Client模式：

• 适用范围:只需要掌握Server模式即可，Client模式基本不会用
• 操作系统:
  • 32位Window操作系统，不论硬件如何都默认使用Client的JVM模式
  • 32位其它操作系统，2G内存同时有2个cpu以上用Server模式，低于该配置还是 Client模式
  • 64位only server模式

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切换不同的垃圾收集器

Serial

• XX:+UseSerialGC，默认和Serial Old配合使用
• 代码：

public class P94 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        // -Xms10m -Xmx10m -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGCDetails
        byte[] bytes = new byte[10 * 1024 * 1024];
    }
}

ParNew

• -XX:+UseParNewGC,默认和Serial Old搭配，但Serial Old将被废弃
• 代码：

public class P95 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        // -Xms10m -Xmx10m -XX:+UseParNewGC -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGCDetails
        byte[] bytes = new byte[10 * 1024 * 1024];
    }
}

---

Parallel

• -XX:+UseParallelGC,老年代默认ParallelOldGC，且可以互相激活
• 代码：

public class P96 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        // -Xms10m -Xmx10m -XX:+UseParallelGC -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGCDetails
        byte[] bytes = new byte[10 * 1024 * 1024];
    }
}

CMS

• -XX:+UseConcMarkSweepGC,年轻代ParNew，还会有Serial Old进行兜底

• 过程：

  • 初始标记：STW，标记和GC root直接关联的对象，时间短
  • 并发标记：和用户线程一起，标记GC root关联的全部对象
  • 重新标记：STW，修正刚刚并发标记期间变动的对象
  • 并发清理：和用户线程一起，清理未被标记的对象

• 优点：比较耗时的标记和清理和用户线程一起执行，总体停顿时间少。

• 缺点：

  • 对CPU压力大
  • 标记清除算法，大量内存碎片
    

• 代码：(效果不是很好，本节一开始那有张不错的图)

public class P98 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        // -Xms10m -Xmx10m -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGCDetails
        byte[] bytes = new byte[10 * 1024 * 1024];
    }
}

Serial Old

• 在jdk8被优化掉了，例如配置：-XX:+UseSerialOldGC:
  

G1

• -XX:+UseG1GC
• 吞吐量高，停顿时间低，每一个块在不同时间可以充当不同的区（Eden、Survivor、Old）
• 代码：

public class P101 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        // -Xms10m -Xmx10m -XX:+UseG1GC -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGCDetails
        byte[] bytes = new byte[10 * 1024 * 1024];
    }
}

• 结果：

特点：

• 1:G1能充分利用多CPU、多核环境硬件优势，尽量缩短STW。
• 2:G1整体上采用标记-整理算法，局部是通过复制算法，不会产生内存碎片。
• 3:宏观上看G1之中不再区分年轻代和老年代。把内存划分成多个独立的子区域(Region)，可以近似理解为一个围棋的棋盘。
• 4:G1收集器里面讲整个的内存区都混合在一起了，但其本身依然在小范围内要进行年轻代和老年代的区分，保留了新生代和老年代，但它们不再是物理隔离的，而是一部分Region的集合且不需要Region是连续的，也就是说依然会采用不同的GC方式来处理不同的区域。
• 5:G1虽然也是分代收集器，但整个内存分区不存在物理上的年轻代与老年代的区别，也不需要完全独立的survivor(to space)堆做复制准备。G1只有逻辑上的分代概念，或者说每个分区都可能随G1的运行在不同代之间前后切换;

区域化内存划片Region

• 区域化内存划片Region，整体变为了一些列不连续的内存区域，避免了全内存区的GC操作。
• 核心思想是将整个堆内存区域分成大小相同的子区域(Region)，在JVM启动时会自动设置这些子区域的大小，
• 在堆的使用上，G1并不要求对象的存储一定是物理上连续的只要逻辑上连续即可，每个分区也不会固定地为某个代服务，可以按需在年轻代和老年代之间切换。启动时可以通过参数-XX:G1HeapRegionSize=n可指定分区大小(1MB~32MB，且必须是2的幂)，默认将整堆划分为2048个分区。
• 大小范围在1MB~32MB，最多能设置2048个区域，也即能够支持的最大内存为:32MB*2048=65536MB=64G内存

• 这些Region的一部分包含新生代，新生代的垃圾收集依然采用暂停所有应用线程的方式，将存活对象拷贝到老年代或者Survivor空间。
• 这些Region的一部分包含老年代，G1收集器通过将对象从一个区域复制到另外一个区域，完成了清理工作。这就意味着，在正常的处理过程中，G1完成了堆的压缩（至少是部分堆的压缩），这样也就不会有CMS内存碎片问题的存在了。
• 在G1中，还有一种特殊的区域，叫Humongous(巨大的)区域
  如果一个对象占用的空间超过了分区容量50%以上，G1收集器就认为这是一个巨型对象。这些巨型对象默认直接会被分配在年老代，但是如果它是一个短期存在的巨型对象，就会对垃圾收集器造成负面影响。为了解决这个问题，G1划分了一个Humongous区工它用来专门存放巨型对象。如果一个H区装不下一个巨型对象，那么Gi会寻找连续的H分区来存储。为了能找到连续的H区，有时候不得不启动Full GC。

回收步骤：小区域收集 + 形成连续的内存块

参数配置：可以配一下最大堆内存、最大停顿时间

和CMS相比：

• G1不会产生内存碎片
• 可以精确控制GC停顿时间。把整个堆划分成固定大小的区域，每次根据允许停顿时间，区收集垃圾最多的区域

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如何选择：

总结：

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Linux命令

top、(uptime)

• top命令：
  

• 可以查看内存（MEM）、cpu等占用情况

• load average后面有三个值，表示系统1分钟、5分钟、15分钟的负载值；三个值的平均值如果大于0.6，说明系统负载重。图中的负载：（1.51+0.91+0.42）/3=0.95，说明负载重

• 一直按1，可以看到有每个cpu的情况：
  

• uptime命令是top的精简版：可以用来看负载
  

vmstat、(mpstat 、pidstat）

• vmstat:
  

• 主要用于查看cpu

• vmstat -n 2 3表示每隔两秒采样一次，总共采样三次

• procs

  • r:运行和等待CPU时间片的进程数，原则上:1核的CPU的运行队列不要超过2，整个系统的运行队列不能超过总核数的2倍，否则代表系统压力过大│
  • b:等待资源的进程数，比如正在等待磁盘I/0、网络I/0等。

• cpu（前三个重要）

  • us:用户进程消耗CPU时间百分比，us值高，用户进程消耗CPUI时间多，如果长期大于50%，优化程序;
  • sy:内核进程消耗的CPU时间百分比;
  • us + sy参考值为80%，如果us + sy大于80%，说明可能存在CPU不足。
  • id（idle）:处于空闲的CPU百分比.
  • wa:系统等待IO的CPU时间百分比.
  • st:来自于一个虚拟机偷取的CPU时间的百分比

• 查看所有cpu核信息：mpstat -P ALL 2,其中2表示每2秒采样一次
  

• 每个进程使用cpu用量的分解信息：pidstat -u 2 -p 进程id,其中2表示每两秒采样一次

  [root@yy ljy]# ps -ef | grep 'java -jar'
  root     23534     1  0 Jun17 ?        01:12:01 java -jar wechat-0.0.1-SNAPSHOT.jar
  root     30815 30045  0 20:46 pts/1    00:00:00 grep --color=auto java -jar
  [root@yy ljy]# pidstat -u 2 -p 23534
  Linux 3.10.0-1160.49.1.el7.x86_64 (yy)  08/17/2022      _x86_64_        (1 CPU)
  
  08:47:01 PM   UID       PID    %usr %system  %guest    %CPU   CPU  Command
  08:47:03 PM     0     23534    0.51    0.00    0.00    0.51     0  java
  08:47:05 PM     0     23534    0.00    0.00    0.00    0.00     0  java
  08:47:07 PM     0     23534    0.00    0.00    0.00    0.00     0  java
  08:47:09 PM     0     23534    0.00    0.00    0.00    0.00     0  java
  08:47:11 PM     0     23534    0.00    0.00    0.00    0.00     0  java
  

---

free、（pidstat ）

经验值：

• 应用程序可用内存/系统物理内存 > 70%内存充足

• 应用程序可用内存/系统物理内存 < 20%内存不足，需要增加内存

• 20% < 应用程序可用内存/系统物理内存 < 70%内存基本够用

• pidstat -p 进程号 -r 采样间隔秒数：
  

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df

• 查看磁盘剩余空间
  

---

iostat

磁盘块设备分布

• rkB/s：每秒读取数据量kB;
• wkB/s：每秒写入数据量kB;
• svctm ：l/O请求的平均服务时间，单位毫秒;
• await ：l/O请求的平均等待时间，单位毫秒;值越小，性能越好
• util：一秒中有百分几的时间用于I/O操作。接近100%时，表示磁盘带宽跑满，需要优化程序或者增加磁盘;
• rkB/s、wkB/s根据系统应用不同会有不同的值，但有规律遵循:长期、超大数据读写，肯定不正常，需要优化程序读取。
• svctm的值与await的值很接近，表示几乎没有IO等待，磁盘性能好，
  如果await的值远高于svctm的值，则表示IO队列等待太长，需要优化程序或更换更快磁盘。

其他命令：

• pidstat -d 采样间隔秒数 -p 进程号
  

---

ifstat

• 如果没有该命令，安装命令：

  wget http://gael.roualland.free.fr/ifstat/ifstat-1.1.tar.gz
  tar xzvf ifstat-1.1.tar.gz
  cd ifstat-1.1
  ./configure
  make
  make install
  

• 使用
  

---

CPU占用过高定位分析

• top
  

• ps -ef或者jps
  

  grep -v grep:查找不含有 grep 的行

• 查具体的线程：ps -mp 进程id -o THREAD,tid,time
  

  参数解释：
  -m：显示所有的线程
  -p pid：进程使用cpu的时间
  -o：该参数后是用户自定义格式

• 线程id转为16进制：printf "%x\n” 有问题的线程ID
  

  或者使用计算器：但注意最后要把字母转为小写字母：
  

• jstack 进程ID | grep tid(16进制线程ID小写英文) -A60，其中A60表示打印前60行
  

• 去看第十行：