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Java并发 多线程

并行与并发的区别

并发：多个任务在时间上重叠，可能同时开始，但交替进行。
并行：多个任务在物理上同时进行，真正并行处理。

注意：并发是一段时间，并行是同一时刻

同步与异步的区别

同步：操作按顺序执行，一个完成后才执行下一个。
异步：操作可以并行进行，不需要等待当前操作完成即可开始下一个。

线程安全体现在哪些方面？

在线程安全的所有方面中，数据一致性和操作原子性是最重要的两个方面，因为它们是线程安全问题的核心。

数据一致性

数据一致性是指在多线程环境下，多个线程访问和修改共享数据时，能够保证数据的完整性和准确性。如果一个线程在读取数据时，另一个线程正在修改这个数据，那么可能会导致数据不一致的问题。例如，一个线程读取到的是部分更新的数据，这会导致程序逻辑错误和不可预测的行为。为了保证数据一致性，通常需要使用同步机制（如锁）来确保在任何时刻只有一个线程能够修改数据。

操作原子性

操作原子性是指一个操作或者多个操作的组合，要么全部执行，要么全部不执行，中间不会穿插其他线程的操作。在多线程环境中，如果一个操作不是原子的，那么它可能会被其他线程的操作打断，导致数据状态不一致或者产生竞争条件。例如，递增操作（i++）在多线程环境下不是原子的，因为它包含读取、增加和写入三个步骤，如果多个线程同时执行这个操作，可能会导致最终结果比预期少。为了保证操作的原子性，可以使用synchronized关键字、Lock接口或者原子类（如AtomicInteger）来实现。

这两个方面是线程安全的基础，它们确保了在多线程环境下程序的正确性和稳定性。其他方面，如避免死锁、竞态条件、资源泄露等，都是基于这两个核心概念的扩展和深化。

在多线程环境中遇到的常见问题及其解决方案？

在多线程环境中，常见的问题及其解决方案如下：

1. 竞争条件（Race Condition）

问题描述：多个线程同时访问和修改同一数据，导致最终结果不确定。
解决方案：使用同步机制（如synchronized关键字、ReentrantLock等）来确保只有一个线程能修改共享数据。

2. 死锁（Deadlock）

问题描述：两个或多个线程相互等待对方持有的资源，导致程序无法继续执行。
解决方案：

• 避免嵌套锁定：确保所有线程以相同的顺序获取锁。
• 使用超时锁定：尝试获取锁时添加超时时间。
• 避免在持有锁时调用外部方法。
• 使用Lock接口和tryLock()方法。

3. 活锁（Livelock）

问题描述：线程不断尝试获取资源，但由于其他线程的干扰，始终无法成功。
解决方案：设计算法时引入随机退避策略，避免线程间无限循环的竞争。

4. 饥饿（Starvation）

问题描述：某些线程由于获取资源的策略问题，长时间无法获得所需资源。
解决方案：

• 使用公平锁（ReentrantFairLock）。
• 避免线程长时间持有锁。

5. 资源泄露（Resource Leak）

问题描述：线程结束后，持有的资源没有被正确释放，导致资源无法被其他线程使用。
解决方案：

• 使用try-finally块确保资源释放。
• 使用AutoCloseable接口和try-with-resources语句自动管理资源。

6. 线程安全问题

问题描述：对象在多线程环境下被共享使用时，其内部状态可能会被不一致地改变。
解决方案：

• 将对象设计为不可变（Immutable）。
• 使用volatile关键字保证变量的可见性。
• 使用Atomic类保证操作的原子性。

7. 线程间通信问题

问题描述：线程间需要协调或传递数据时，可能会出现同步问题。
解决方案：

• 使用wait()、notify()和notifyAll()进行线程间的协调。
• 使用CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore等并发工具类。

8. 性能问题

问题描述：过度的同步和锁竞争可能导致性能下降。
解决方案：

• 减少锁的粒度，例如使用ConcurrentHashMap代替Hashtable。
• 使用无锁编程技术，如CAS（Compare-And-Swap）操作。

9. 非确定性行为（Non-deterministic Behavior）

问题描述：程序的输出依赖于线程的调度和执行顺序，导致结果不可预测。
解决方案：

• 减少共享状态，使用局部变量或线程局部存储（ThreadLocal）。
• 确保操作的原子性和可见性。

解决这些问题通常需要对并发编程有深入的理解，以及对Java并发工具和机制的熟练使用。在设计多线程程序时，应该尽量简化线程间的交互，减少共享状态，并通过适当的同步机制来保证程序的正确性和性能。