Java 并发知识体系

Cactus li2024年3月6日...大约 12 分钟

Java 并发相关知识体系详解，包含理论基础，线程基础，synchronized，volatile，final关键字, JUC框架等内容。

Java 并发知识体系

# 知识体系

# 相关文章

A. Java进阶 - Java 并发之基础：首先全局的了解并发的知识体系，同时了解并发理论基础和线程基础，并发关键字等，这些是你理解Java并发框架的基础。

Java 并发 - 理论基础
- 多线程的出现是要解决什么问题的?
- 线程不安全是指什么? 举例说明
- 并发出现线程不安全的本质什么? 可见性，原子性和有序性。
- Java是怎么解决并发问题的? 3个关键字，JMM和8个Happens-Before
- 线程安全是不是非真即假? 不是
- 线程安全有哪些实现思路?
- 如何理解并发和并行的区别?
Java 并发 - 线程基础
- 线程有哪几种状态? 分别说明从一种状态到另一种状态转变有哪些方式?
- 通常线程有哪几种使用方式?
- 基础线程机制有哪些?
- 线程的中断方式有哪些?
- 线程的互斥同步方式有哪些? 如何比较和选择?
- 线程之间有哪些协作方式?
Java并发 - Java中所有的锁
- Java提供了种类丰富的锁，每种锁因其特性的不同，在适当的场景下能够展现出非常高的效率。本文旨在对锁相关源码、使用场景进行举例，为读者介绍主流锁的知识点，以及不同的锁的适用场景。
关键字: synchronized详解
- Synchronized可以作用在哪里? 分别通过对象锁和类锁进行举例。
- Synchronized本质上是通过什么保证线程安全的? 分三个方面回答：加锁和释放锁的原理，可重入原理，保证可见性原理。
- Synchronized由什么样的缺陷? Java Lock是怎么弥补这些缺陷的。
- Synchronized和Lock的对比，和选择?
- Synchronized在使用时有何注意事项?
- Synchronized修饰的方法在抛出异常时,会释放锁吗?
- 多个线程等待同一个Synchronized锁的时候，JVM如何选择下一个获取锁的线程?
- Synchronized使得同时只有一个线程可以执行，性能比较差，有什么提升的方法?
- 我想更加灵活地控制锁的释放和获取(现在释放锁和获取锁的时机都被规定死了)，怎么办?
- 什么是锁的升级和降级? 什么是JVM里的偏斜锁、轻量级锁、重量级锁?
- 不同的JDK中对Synchronized有何优化?
关键字: volatile详解
- volatile关键字的作用是什么?
- volatile能保证原子性吗?
- 之前32位机器上共享的long和double变量的为什么要用volatile? 现在64位机器上是否也要设置呢?
- i++为什么不能保证原子性?
- volatile是如何实现可见性的? 内存屏障。
- volatile是如何实现有序性的? happens-before等
- 说下volatile的应用场景?
关键字: final详解
- 所有的final修饰的字段都是编译期常量吗?
- 如何理解private所修饰的方法是隐式的final?
- 说说final类型的类如何拓展? 比如String是final类型，我们想写个MyString复用所有String中方法，同时增加一个新的toMyString()的方法，应该如何做?
- final方法可以被重载吗? 可以
- 父类的final方法能不能够被子类重写? 不可以
- 说说final域重排序规则?
- 说说final的原理?
- 使用 final 的限制条件和局限性?
- 看本文最后的一个思考题

B. Java进阶 - Java 并发之J.U.C框架：然后需要对J.U.C框架五大类详细解读，包括：Lock框架，并发集合, 原子类, 线程池和工具类。

JUC - 类汇总和学习指南
- JUC框架包含几个部分?
- 每个部分有哪些核心的类?
- 最最核心的类有哪些?

B.1 Java进阶 - Java 并发之J.U.C框架【1/5】：CAS及原子类：从最核心的CAS, Unsafe和原子类开始分析。

JUC原子类: CAS, Unsafe和原子类详解
- 线程安全的实现方法有哪些?
- 什么是CAS?
- CAS使用示例，结合AtomicInteger给出示例?
- CAS会有哪些问题?
- 针对这这些问题，Java提供了哪几个解决的?
- AtomicInteger底层实现? CAS+volatile
- 请阐述你对Unsafe类的理解?
- 说说你对Java原子类的理解? 包含13个，4组分类，说说作用和使用场景。
- AtomicStampedReference是什么?
- AtomicStampedReference是怎么解决ABA的? 内部使用Pair来存储元素值及其版本号
- java中还有哪些类可以解决ABA的问题? AtomicMarkableReference

B.2 Java进阶 - Java 并发之J.U.C框架【2/5】：锁：然后分析JUC中锁。

JUC锁: LockSupport详解
- 为什么LockSupport也是核心基础类? AQS框架借助于两个类：Unsafe(提供CAS操作)和LockSupport(提供park/unpark操作)
- 写出分别通过wait/notify和LockSupport的park/unpark实现同步?
- LockSupport.park()会释放锁资源吗? 那么Condition.await()呢?
- Thread.sleep()、Object.wait()、Condition.await()、LockSupport.park()的区别? 重点
- 如果在wait()之前执行了notify()会怎样?
- 如果在park()之前执行了unpark()会怎样?
JUC锁: 锁核心类AQS详解
- 什么是AQS? 为什么它是核心?
- AQS的核心思想是什么? 它是怎么实现的? 底层数据结构等
- AQS有哪些核心的方法?
- AQS定义什么样的资源获取方式? AQS定义了两种资源获取方式：独占(只有一个线程能访问执行，又根据是否按队列的顺序分为公平锁和非公平锁，如ReentrantLock) 和共享(多个线程可同时访问执行，如Semaphore、CountDownLatch、 CyclicBarrier )。ReentrantReadWriteLock可以看成是组合式，允许多个线程同时对某一资源进行读。
- AQS底层使用了什么样的设计模式? 模板
- AQS的应用示例?
JUC锁: ReentrantLock详解
- 什么是可重入，什么是可重入锁? 它用来解决什么问题?
- ReentrantLock的核心是AQS，那么它怎么来实现的，继承吗? 说说其类内部结构关系。
- ReentrantLock是如何实现公平锁的?
- ReentrantLock是如何实现非公平锁的?
- ReentrantLock默认实现的是公平还是非公平锁?
- 使用ReentrantLock实现公平和非公平锁的示例?
- ReentrantLock和Synchronized的对比?
JUC锁: ReentrantReadWriteLock详解
- 为了有了ReentrantLock还需要ReentrantReadWriteLock?
- ReentrantReadWriteLock底层实现原理?
- ReentrantReadWriteLock底层读写状态如何设计的? 高16位为读锁，低16位为写锁
- 读锁和写锁的最大数量是多少?
- 本地线程计数器ThreadLocalHoldCounter是用来做什么的?
- 缓存计数器HoldCounter是用来做什么的?
- 写锁的获取与释放是怎么实现的?
- 读锁的获取与释放是怎么实现的?
- RentrantReadWriteLock为什么不支持锁升级?
- 什么是锁的升降级? RentrantReadWriteLock为什么不支持锁升级?

B.3 Java进阶 - Java 并发之J.U.C框架【3/5】：集合：再理解JUC中重要的支持并发的集合。

JUC集合: ConcurrentHashMap详解
- 为什么HashTable慢? 它的并发度是什么? 那么ConcurrentHashMap并发度是什么?
- ConcurrentHashMap在JDK1.7和JDK1.8中实现有什么差别? JDK1.8解決了JDK1.7中什么问题
- ConcurrentHashMap JDK1.7实现的原理是什么? 分段锁机制
- ConcurrentHashMap JDK1.8实现的原理是什么? 数组+链表+红黑树，CAS
- ConcurrentHashMap JDK1.7中Segment数(concurrencyLevel)默认值是多少? 为何一旦初始化就不可再扩容?
- ConcurrentHashMap JDK1.7说说其put的机制?
- ConcurrentHashMap JDK1.7是如何扩容的? rehash(注：segment 数组不能扩容，扩容是 segment 数组某个位置内部的数组 HashEntry<K,V>[] 进行扩容)
- ConcurrentHashMap JDK1.8是如何扩容的? tryPresize
- ConcurrentHashMap JDK1.8链表转红黑树的时机是什么? 临界值为什么是8?
- ConcurrentHashMap JDK1.8是如何进行数据迁移的? transfer
JUC集合: CopyOnWriteArrayList详解
- 请先说说非并发集合中Fail-fast机制?
- 再为什么说ArrayList查询快而增删慢?
- 对比ArrayList说说CopyOnWriteArrayList的增删改查实现原理? COW基于拷贝
- 再说下弱一致性的迭代器原理是怎么样的? COWIterator<E>
- CopyOnWriteArrayList为什么并发安全且性能比Vector好?
- CopyOnWriteArrayList有何缺陷，说说其应用场景?
JUC集合: ConcurrentLinkedQueue详解
- 要想用线程安全的队列有哪些选择? Vector，Collections.synchronizedList( List<T> list), ConcurrentLinkedQueue等
- ConcurrentLinkedQueue实现的数据结构?
- ConcurrentLinkedQueue底层原理? 全程无锁(CAS)
- ConcurrentLinkedQueue的核心方法有哪些? offer()，poll()，peek()，isEmpty()等队列常用方法
- 说说ConcurrentLinkedQueue的HOPS(延迟更新的策略)的设计?
- ConcurrentLinkedQueue适合什么样的使用场景?
JUC集合: BlockingQueue详解
- 什么是BlockingDeque?
- BlockingQueue大家族有哪些? ArrayBlockingQueue, DelayQueue, LinkedBlockingQueue, SynchronousQueue...
- BlockingQueue适合用在什么样的场景?
- BlockingQueue常用的方法?
- BlockingQueue插入方法有哪些? 这些方法(add(o),offer(o),put(o),offer(o, timeout, timeunit))的区别是什么?
- BlockingDeque 与BlockingQueue有何关系，请对比下它们的方法?
- BlockingDeque适合用在什么样的场景?
- BlockingDeque大家族有哪些?
- BlockingDeque 与BlockingQueue实现例子?

B.4 Java进阶 - Java 并发之J.U.C框架【4/5】：线程池：再者分析JUC中非常常用的线程池等。

JUC线程池: FutureTask详解
- FutureTask用来解决什么问题的? 为什么会出现?
- FutureTask类结构关系怎么样的?
- FutureTask的线程安全是由什么保证的?
- FutureTask结果返回机制?
- FutureTask内部运行状态的转变?
- FutureTask通常会怎么用? 举例说明。
JUC线程池: ThreadPoolExecutor详解
- 为什么要有线程池?
- Java是实现和管理线程池有哪些方式? 请简单举例如何使用。
- 为什么很多公司不允许使用Executors去创建线程池? 那么推荐怎么使用呢?
- ThreadPoolExecutor有哪些核心的配置参数? 请简要说明
- ThreadPoolExecutor可以创建哪是哪三种线程池呢?
- 当队列满了并且worker的数量达到maxSize的时候，会怎么样?
- 说说ThreadPoolExecutor有哪些RejectedExecutionHandler策略? 默认是什么策略?
- 简要说下线程池的任务执行机制? execute –> addWorker –>runworker (getTask)
- 线程池中任务是如何提交的?
- 线程池中任务是如何关闭的?
- 在配置线程池的时候需要考虑哪些配置因素?
- 如何监控线程池的状态?
JUC线程池: ScheduledThreadPool详解
- ScheduledThreadPoolExecutor要解决什么样的问题?
- ScheduledThreadPoolExecutor相比ThreadPoolExecutor有哪些特性?
- ScheduledThreadPoolExecutor有什么样的数据结构，核心内部类和抽象类?
- ScheduledThreadPoolExecutor有哪两个关闭策略? 区别是什么?
- ScheduledThreadPoolExecutor中scheduleAtFixedRate 和 scheduleWithFixedDelay区别是什么?
- 为什么ThreadPoolExecutor 的调整策略却不适用于 ScheduledThreadPoolExecutor?
- Executors 提供了几种方法来构造 ScheduledThreadPoolExecutor?
JUC线程池: Fork/Join框架详解
- Fork/Join主要用来解决什么样的问题?
- Fork/Join框架是在哪个JDK版本中引入的?
- Fork/Join框架主要包含哪三个模块? 模块之间的关系是怎么样的?
- ForkJoinPool类继承关系?
- ForkJoinTask抽象类继承关系? 在实际运用中，我们一般都会继承 RecursiveTask 、RecursiveAction 或 CountedCompleter 来实现我们的业务需求，而不会直接继承 ForkJoinTask 类。
- 整个Fork/Join 框架的执行流程/运行机制是怎么样的?
- 具体阐述Fork/Join的分治思想和work-stealing 实现方式?
- 有哪些JDK源码中使用了Fork/Join思想?
- 如何使用Executors工具类创建ForkJoinPool?
- 写一个例子: 用ForkJoin方式实现1+2+3+...+100000?
- Fork/Join在使用时有哪些注意事项? 结合JDK中的斐波那契数列实例具体说明。

B.5 Java进阶 - Java 并发之J.U.C框架【5/5】：工具类：最后来看下JUC中有哪些工具类，以及线程隔离术ThreadLocal。

JUC工具类: CountDownLatch详解
- 什么是CountDownLatch?
- CountDownLatch底层实现原理?
- CountDownLatch一次可以唤醒几个任务? 多个
- CountDownLatch有哪些主要方法? await(),countDown()
- CountDownLatch适用于什么场景?
- 写道题：实现一个容器，提供两个方法，add，size 写两个线程，线程1添加10个元素到容器中，线程2实现监控元素的个数，当个数到5个时，线程2给出提示并结束? 使用CountDownLatch 代替wait notify 好处。
JUC工具类: CyclicBarrier详解
- 什么是CyclicBarrier?
- CyclicBarrier底层实现原理?
- CountDownLatch和CyclicBarrier对比?
- CyclicBarrier的核心函数有哪些?
- CyclicBarrier适用于什么场景?
JUC工具类: Semaphore详解
- 什么是Semaphore?
- Semaphore内部原理?
- Semaphore常用方法有哪些? 如何实现线程同步和互斥的?
- Semaphore适合用在什么场景?
- 单独使用Semaphore是不会使用到AQS的条件队列?
- Semaphore中申请令牌(acquire)、释放令牌(release)的实现?
- Semaphore初始化有10个令牌，11个线程同时各调用1次acquire方法，会发生什么?
- Semaphore初始化有10个令牌，一个线程重复调用11次acquire方法，会发生什么?
- Semaphore初始化有1个令牌，1个线程调用一次acquire方法，然后调用两次release方法，之后另外一个线程调用acquire(2)方法，此线程能够获取到足够的令牌并继续运行吗?
- Semaphore初始化有2个令牌，一个线程调用1次release方法，然后一次性获取3个令牌，会获取到吗?
JUC工具类: Phaser详解
- Phaser主要用来解决什么问题?
- Phaser与CyclicBarrier和CountDownLatch的区别是什么?
- 如果用CountDownLatch来实现Phaser的功能应该怎么实现?
- Phaser运行机制是什么样的?
- 给一个Phaser使用的示例?
JUC工具类: Exchanger详解
- Exchanger主要解决什么问题?
- 对比SynchronousQueue，为什么说Exchanger可被视为 SynchronousQueue 的双向形式?
- Exchanger在不同的JDK版本中实现有什么差别?
- Exchanger实现机制?
- Exchanger已经有了slot单节点，为什么会加入arena node数组? 什么时候会用到数组?
- arena可以确保不同的slot在arena中是不会相冲突的，那么是怎么保证的呢?
- 什么是伪共享，Exchanger中如何体现的?
- Exchanger实现举例
Java 并发 - ThreadLocal详解
- 什么是ThreadLocal? 用来解决什么问题的?
- 说说你对ThreadLocal的理解
- ThreadLocal是如何实现线程隔离的?
- 为什么ThreadLocal会造成内存泄露? 如何解决
- 还有哪些使用ThreadLocal的应用场景?