概述
Java基础回顾，备忘录。
线程和进程
参考进程、线程和协程的区别与联系。
线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。程序员可以通过它进行多处理器编程，你可以使用多线程对运算密集型任务提速。
线程是进程的子集，一个进程可以有很多线程，每条线程并行执行不同的任务。不同的进程使用不同的内存空间，而所有的线程共享一片相同的内存空间。每个线程都拥有单独的栈内存用来存储本地数据。
线程调度、线程状态及转换、线程模型、线程通信方式、线程阻塞、线程饥饿、死锁、活锁等知识点，参考上面链接。
线程安全
代码所在的进程中有多个线程在同时运行，这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行结果一致，而且其他变量的值也和预期的一样，就是线程安全。
线程安全的API：
- COW：Copy-On-Write，如：CopyOnWriteArrayList，
- CAS：ConcurrentHashMap，
- 读写分离：LinkedBlockingQueue
++操作符不是线程安全的。涉及到多个指令，读取，增加，存储回内存，这个过程可能会出现多个线程交差执行。
DateFormat的所有实现，包括SimpleDateFormat都不是线程安全的。
死锁
死锁就是两个或两个以上的线程被无限的阻塞，线程之间相互等待所需资源。这种情况可能发生在当两个线程尝试获取其它资源的锁，而每个线程又陷入无限等待其它资源锁的释放，除非一个用户进程被终止。
就Java而言，线程死锁可能发生在以下情况：
- 当两个线程相互调用Thread.join
- 当两个线程使用嵌套的同步块，一个线程占用了另外一个线程必需的锁，互相等待时被阻塞就有可能出现死锁。
避免死锁最简单的方法就是阻止循环等待条件，将系统中所有的资源设置标志位、排序，规定所有的进程申请资源必须以一定的顺序（升序或降序）做操作来避免死锁。
强制启动
强制启动线程就像是强制进行Java垃圾回收，目前还没有绝对方法，虽然可使用System.gc()来进行垃圾回收，但是不保证能成功。在Java里面没有办法强制启动一个线程，它是被线程调度器控制着且Java没有公布相关的API。
停止线程
JDK1.0本来有stop，suspend和resume方法，但是由于潜在的死锁威胁，在JDK1.2中被标记为废弃，之后JDK就没有提供一个兼容且线程安全的方法来停止一个线程。当run或call方法执行完时，线程会自动结束。
线程局部变量
即ThreadLocal。
堆和栈
栈是一块和线程紧密相关的内存区域。每个线程都有自己的栈内存，用于存储本地变量，方法参数和栈调用，一个线程中存储的变量对其它线程是不可见的。
堆是所有线程共享的一片公用内存区域。对象都在堆里创建，为了提升效率线程会从堆中弄一个缓存到自己的栈，如果多个线程使用该变量就可能引发问题，这时volatile变量就可以发挥作用，它要求线程从主存中读取变量的值。
获取线程堆栈
线程堆栈，即线程Dump，Thread Dump。Dump文件，也叫内存转储文件或内存快照文件。
获取Java进程的线程Dump文件的步骤：
# 获取线程PID
jps
# 或
ps –ef | grep java
# 获取Dump文件
kill -3 <pid>
# 或
jstack
Windows下，还可使用Ctrl + Break组合键。
虚拟线程
JDK19新特性，可简单理解为轻量级线程，协程。有待进一步学习。
start和run
先看源码：
public void start() {synchronized (this) {// zero status corresponds to state "NEW".if (holder.threadStatus != 0)throw new IllegalThreadStateException();// native方法，JVM来负责调用start0();}
}@Override
public void run() {Runnable task = holder.task;if (task != null) {Object bindings = scopedValueBindings();runWith(bindings, task);}
}
区别：
- start方法用于真正启动一个新线程，操作系统会分配一个新线程，使之进入就绪状态，当CPU分配时间给该线程时，JVM会调用该线程的run方法；
- run方法相当于一个普通方法调用，不会创建新线程；run用于定义线程在启动后要执行的任务。直接调用run时，代码将在当前线程中执行，不会有多线程效果。
JVM启动一个单独的新线程不同于普通方法的调用，这项工作由start方法来完成，start方法由本地方法实现，需要显示地被调用。
Runnable和Callable
Runnable和Callable都代表那些要在不同的线程中执行的任务。Runnable从JDK1.0开始就有，Callable是在JDK1.5增加的。主要区别是Callable的 call方法可以返回值和抛出异常，而Runnable的run方法没有这些功能。Callable可以返回装载有计算结果的Future对象。
FutureTask
参考多线程与并发系列之FutureTask。
FutureTask表示异步运算，有启动、取消、查询是否完成、取回结果等方法。只有当任务完成时结果才能取回，如果任务尚未完成get方法将会阻塞。FutureTask对象可对调用Callable和Runnable的对象进行包装，可提交给Executor来执行。
ForkJoinTask
参考Java Fork-Join框架学习。
JDK7引入，Map-Reduce，分治思想，可用于递归地将一个大的计算任务划分成许多小的计算任务，目的是将所有可用的处理能力用来提升程序的性能。使用工作窃取算法，可以完成更多任务的工作线程可以从其它线程中窃取任务来执行。
interrupted和isInterrupted
Thread有interrupt、interrupted、isInterrupted三个方法，先看源码：
public void interrupt() {if (this != Thread.currentThread()) {checkAccess();// thread may be blocked in an I/O operationsynchronized (interruptLock) {Interruptible b = nioBlocker;if (b != null) {interrupted = true;interrupt0(); // inform VM of interruptb.interrupt(this);return;}}}// 设置中断标识为trueinterrupted = true;interrupt0();
}public static boolean interrupted() {return currentThread().getAndClearInterrupt();
}public boolean isInterrupted() {// 返回中断标识return interrupted;
}
interrupted会将中断状态清除。Java多线程的中断机制是用内部标识来实现的，调用Thread.interrupt()来中断一个线程就会设置中断标识为true。当中断线程调用静态方法Thread.interrupted()来检查中断状态时，中断状态会被清零。而非静态方法isInterrupted用来查询其它线程的中断状态，且不会改变中断状态标识。
任何抛出InterruptedException异常的方法都会将中断状态清零。无论如何，一个线程的中断状态有有可能被其它线程调用中断来改变。
wait与sleep
wait是Object类里的方法，即Object.wait()，会释放锁资源以及CPU资源；
sleep是Thread类里的方法，即Thread.sleep()，不会释放锁资源，会释放CPU资源。
wait方法是让一个线程进入到阻塞状态，必须写在一个synchronized同步代码块里面。wait/notify是基于共享内存来实现线程通信的工具，这个通信涉及条件的竞争，所以在调用这两个方法之前必须竞争锁资源。
当线程调用wait方法时，表示当前线程的工作处理完，意味着让其他竞争同一个共享资源的线程有机会去执行。但前提是其他线程需要竞争到锁资源，所以wait方法必须释放锁，否则就会导致死锁。
Thread.sleep()方法，只是让一个线程单纯进入睡眠状态，这个方法并没有强制要求加synchronized同步锁。而且从它的功能和语义来说，也没有这个必要。当然，如果是在一个Synchronized同步代码块里面调用这个Thread.sleep，也并不会触发锁的释放。
凡是让线程进入阻塞状态的方法，操作系统都会重新调度实现CPU时间片切换，目的是提升CPU的利用率。
wait和sleep都会造成某种形式的暂停，它们可以满足不同的需要。wait方法用于线程间通信，如果等待条件为真且其它线程被唤醒时它会释放锁，而sleep方法仅仅释放CPU资源或者让当前线程停止执行一段时间，但不会释放锁。
wait-notify
为什么wait和notify方法要在同步块中调用？
主要是因为Java API强制要求这样做，如果你不这么做，你的代码会抛出IllegalMonitorStateException异常。为了避免wait和notify之间产生竞态条件。
生产者-消费者
实际上就是一个线程间通信问题。
在同步块中调用wait和notify方法，阻塞通过循环来测试等待条件。
或者使用Semaphore、BlockingQueue来实现生产者消费者模型。
示例代码：
notify和notifyAll
多线程可以等待单监控锁，JDK提供一些方法当等待条件改变时通知它们，但是这些方法没有完全实现。notify方法不能唤醒某个具体的线程，所以只有一个线程在等待的时候它才有用武之地。而notifyAll唤醒所有线程，并允许他们争夺锁确保至少有一个线程能继续运行。
yield
yield方法可以暂停当前正在执行的线程对象，让其它有相同优先级的线程执行。静态方法，而且只保证当前线程放弃CPU占用而不能保证使其它线程一定能占用CPU，执行yield的线程有可能在进入到暂停状态后马上又被执行。
sleep、join、yield
检测线程是否拥有锁？
Thread中有个方法叫holdsLock，当且仅当前线程拥有某个具体对象的锁时返回true。源码如下：
// Returns true if and only if the current thread holds the monitor lock on the specified object.
public static native boolean holdsLock(Object obj);
wait，notify和notifyAll等方法为什么不在Thread类
JAVA提供的锁是对象级的而不是线程级的，每个对象都有锁，通过线程获得。如果线程需要等待某些锁那么调用对象中的wait方法才有意义。如果wait方法定义在Thread类中，线程正在等待的是哪个锁就不明显。简单的说，由于wait，notify和notifyAll都是锁级别的操作，所以把他们定义在Object类中因为锁属于对象。
竞态条件
多线程对一些资源的竞争的时候就会产生竞态条件。如果首先要执行的程序竞争失败排到后面执行，那么整个程序就会出现一些不确定的bug。
ReadWriteLock
读写锁是用来提升并发程序性能的锁分离技术的成果。ReadWriteLock是Java5中新增的一个接口，一个ReadWriteLock维护一对关联的锁，一个用于只读操作一个用于写。在没有写线程的情况下一个读锁可能会同时被多个读线程持有。写锁是独占的，你可以使用JDK中的ReentrantReadWriteLock来实现这个规则，它最多支持65535个写锁和65535个读锁。
public interface ReadWriteLock {Lock readLock();Lock writeLock();
}
Semaphore
同步类，它是一个计数信号。信号量维护一个许可集合。如有必要，在许可可用前会阻塞每一个acquire，然后再获取该许可。每个release添加一个许可，从而可能释放一个正在阻塞的获取者。但是，不使用实际的许可对象，Semaphore只对可用许可的号码进行计数，并采取相应的行动。信号量常常用于多线程的代码中，比如数据库连接池。
CyclicBarrier和CountDownLatch
都可用来让一组线程等待其它线程。与CyclicBarrier不同的是，CountdownLatch不能重新使用。
同步
即同步锁，即synchronized锁，参考面试必备之synchronized。
同步方法和同步代码块
在Java语言中，每一个对象有一把锁。线程可以使用synchronized关键字来获取对象上的锁。synchronized关键字可应用在方法级别(粗粒度锁)或者是代码块级别(细粒度锁)。
同步静态方法时会获取该类的“Class”对象，所以当一个线程进入同步的静态方法中时，线程监视器获取类本身的对象锁，其它线程不能进入这个类的任何静态同步方法。它不像实例方法，因为多个线程可以同时访问不同实例同步实例方法。
同步机制应遵循的基本准则
- 空闲让进：当无进程处于临界区时，表明临界资源处于空闲状态，允许一个请求进入临界区的进程立即进入临界区，以有效利用临界资源
- 忙则等待：当已有进程处于临界区时，表明临界资源正在被访问，因而其他试图进入临界区的进程必须等待，以保证对临界资源的互斥访问
- 有限等待：对要求访问临界资源的进程，应保证在有限时间内能进入自己的临界区，以免陷入
死等状态 - 让权等待：当进程不能进入自己的临界区时，应立即释放处理机，以免进程陷入
忙等状态
volatile
参考面试必备之volatile。
volatile和atomic
volatile变量可以确保先行关系，即写操作会发生在后续的读操作之前，但不能保证原子性，如++操作就不是原子性的。
而AtomicInteger类提供的atomic方法可以让这种操作具有原子性，如getAndIncrement方法会原子性的进行增量操作，把当前值加一，其它数据类型和引用变量也可以进行相似操作。
DCL
一个用来创建线程安全的单例的方法，当单例实例第一次被创建时它试图用单个锁进行性能优化 。
懒加载和静态变量初始化，枚举。创建线程安全的Singleton，参考单例模式。
忙循环
忙循环就是程序员用循环让一个线程等待，不像传统方法wait，sleep或 yield它们都放弃CPU控制，而忙循环不会放弃CPU，它就是在运行一个空循环。目的是为了保留CPU缓存，在多核系统中，一个等待线程醒来的时候可能会在另一个内核运行，这样会重建缓存。为了避免重建缓存和减少等待重建的时间就可以使用它了。
False Sharing
伪共享是
线程池
参考线程池。
线程运行时异常
线程运行时发生异常会怎样？
如果异常没有被捕获该线程将会停止执行。Thread.UncaughtExceptionHandler是用于处理未捕获异常造成线程突然中断情况的一个内嵌接口。当一个未捕获异常将造成线程中断时，JVM会使用Thread.getUncaughtExceptionHandler()来查询线程的UncaughtExceptionHandler，并将线程和异常作为参数传递给handler的uncaughtException方法进行处理。
异常
（多）线程编码时可能会遇到的异常。
InterruptedException
当一个线程在处于阻塞状态（如通过wait、sleep或join方法）时，如果另外一个线程调用这个线程的interrupt方法，便会抛出InterruptedException。
IllegalMonitorStateException
当一个线程尝试调用wait、notify、notifyAll，但没有持有该对象的监视器锁时，会抛出InvalidMonitorStateException。即程序在没有执行对象的任何同步块或同步方法(synchronized)时，仍然尝试调用wait,notify,notifyAll时。该异常是RuntimeExcpetion子类，所以不一定要捕获，不会在wait,notify,notifyAll的方法签名提及。
IllegalThreadStateException
如类名所示，在不合法的线程状态下被触发，如当试图在一个已经启动的线程上再次调用start方法时，会抛出此异常。
RejectedExecutionException
当向线程池提交任务时，线程池无法接受新任务（线程池已关闭或已达到最大容量），会抛出此异常。
TimeoutException
当一个线程在调用等待操作时，如Future.get，指定的超时时间已经过去，但任务还没有完成时抛出TimeoutException。
ExecutionException
当执行的任务抛出异常，该异常会被封装为ExecutionException并抛出，如Future.get()。
BrokenBarrierException
在使用CyclicBarrier时，如果其中一个参与者线程中断或超时，会抛出BrokenBarrierException，表示屏障已经被破坏。
InterruptedIOException
当一个线程在进行IO操作时被中断，抛出InterruptedIOException。
ConcurrentModificationException
经典的CME，当多个线程同时修改某个集合时，可能会抛出此异常。
同步集合与并发集合
都为多线程和并发提供合适的线程安全的集合，并发集合的可扩展性更高。在Java1.5之前程序员们只有同步集合来用且在多线程并发的时候会导致争用，阻碍了系统的扩展性。Java5引入并发集合像ConcurrentHashMap，不仅提供线程安全还用锁分离和内部分区等现代技术提高可扩展性。
ConcurrentHashMap并发度
ConcurrentHashMap把实际map划分成若干部分来实现它的可扩展性和线程安全。这种划分是使用并发度获得的，它是ConcurrentHashMap类构造函数的一个可选参数，默认值为16，这样在多线程情况下就能避免争用。
最佳实践
包括：
- 对线程命名，方便日志记录、错误调试；
- 避免锁定，最小化同步范围，缩小临界区。不是将整个方法同步，只对关键部分做同步，即同步块；锁花费的代价高昂且上下文切换更耗费时间空间
- 使用并发API，如BlockingQueue，CountDownLatch及Semeaphore，而不是使用wait和notify来实现线程间通信。前者可简化编码，而用wait和notify很难实现对复杂控制流的控制；
- 优先使用并发集合，而不是同步集合、或对集合进行同步。前者可扩展性更好；
- 使用线程池；
- 将线程和任务分离，使用线程池执行器来执行Runnable或Callable；
