多线程、锁相关知识

多线程、锁

线程池

线程池的好处
1.资源利用率变高了
2.提高了响应速度
3.利于管理线程
实现原理（线程复用、管理线程）：
线程复用原理：

解释：线程池中有几个工作类：本身是一个runnable，内部还有一个线程，启动线程也就是启动了本身；
worker的任务就是不断从队列里面拉去任务，然后执行任务的run方法，也就是说每一个worker就是串行执行任务。
管理线程实现原理：
在ThreadPoolExecutor有个ctl的AtomicInteger变量。通过这一个变量保存了两个内容：
1.所有线程的数量
2.每个线程所处的状态
其中低29位存线程数，高3位存runState，通过位运算来得到不同的值。
拒绝策略
1.CallerRunsPolicy：线程调用运行该任务的 execute 本身
2.AbortPolicy：处理程序遭到拒绝将抛出运行时 RejectedExecutionException
3.DiscardPolicy：不能执行的任务将被删除，不报错
4.DiscardOldestPolicy：工作队列头部的任务将被删除，然后重试加入此任务。

竞态条件（race condition）：

是指设备或系统出现不恰当的执行时序，而得到不正确的结果。

检测一个线程是否拥有锁

在java.lang.Thread中有一个方法叫holdsLock(obj)，它返回true如果当且仅当当前线程拥有某个具体对象的锁。

锁分类

悲观锁/乐观锁
悲观锁：认为操作会有竞争，那么不管有没有，为了保险，直接加锁
乐观锁：认为操作很少有竞争，那么就不加锁，大多用cas实现，如果失败就重试
公平锁/非公平锁
公平锁：公平锁则在于每次都是按照先后顺序来分配
非公平锁：随机分配锁资源给一个等待线程
独享锁/共享锁
独享锁：单个线程独占
共享锁：允许多个线程持有
自旋锁/自适应自旋锁
自旋锁：线程空等待，知道获得锁资源
自适应自旋锁：自适应意味着自旋的时间不再固定了，而是由前一次在同一个锁上的自旋时间及锁的拥有者的状态来决定：如果在同一个锁对象上，自旋等待刚刚成功获得过锁，并且持有锁的线程正在运行中，那么虚拟机就会认为这次自旋也很有可能再次成功，进而它将允许自旋等待持续相对更长的时间，比如100个循环。
相反的，如果对于某个锁，自旋很少成功获得过，那在以后要获取这个锁时将可能减少自旋时间甚至省略自旋过程，以避免浪费处理器资源。
偏向锁/轻量级锁/重量级锁
实现过程：对象头数据含有mark word数据，有一个锁标志位（00轻量级、01偏向、10重量级）和可变数据结构
轻量级锁：线程栈中建立一个mark word的副本，通过cas操作将锁的mark word复制过来，对象头的指针指向这个栈指针，标志位为00，
执行同步操作，释放锁就cas替换回去，如果失败，表示锁升级为10重量级锁。
偏向锁：当锁对象第一次被线程请求的时候，mark word记录当前的线程id，如果以后还来，直接进，如果另外的线程请求，那么升级成轻量级锁。
重量级锁：先获取锁，操作，最后释放锁

volatile关键字

所标记的变量为唯一内容，每个工作内存要用到这个变量的时候，是最新的主内存变量，也就是说，这个变量的状态对所有线程都是透明的，
如果需要对该变量写操作，那么立即刷新会主内存。
禁止指令重排序，内存屏障的机制

synchronized关键字和Lock的使用区别

synchronized不支持超时放弃
synchronized是不公平锁
synchronized是原生java底层实现，而lock是一个并发类

synchronized的锁

重量级锁：对应于操作系统的mutex互斥锁

对象头信息中有关标志位
锁升级过程
- 偏向锁01 => 轻量级锁00
- 轻量级锁00 => 重量级锁10

AQS的实现原理

内部有一个volatile的state变量和一个双向链表（存线程队列）
上锁过程：尝试请求，如果成功，那么执行，如果失败，加入队尾，如果是老二，那么自旋cas请求资源，
否则依次往前找到一个确实等待的线程，接在后面，之间的失效节点都丢了。
释放锁过程：cas归还资源，唤醒下一个有效的等待线程，设置为head
AQS

独占锁（ReentrantLock）的实现原理

和上述是一样的

读写锁（ReentrantReadWriteLock）的实现原理

读锁、写锁共用一个同步器：低位存写锁，高位存读锁；
关键是存储读写锁的数量、和读写锁重入的次数

LinkedBlockingDeque实现原理

内部有一个双向队列，一个全局锁和两个信号（空，满）
当获取时如果没有，唤醒被满信号量阻塞的生产者，自己阻塞
当添加的时候满了，唤醒被空信号量阻塞的消费者，自己阻塞