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# 并发编程详解

# 线程创建与生命周期

  • 创建方式：继承 Thread 重写 run；实现 Runnable 传 Thread；实现 Callable 配 FutureTask。推荐 Runnable/Callable，便于线程池与复用。
  • 状态：NEW、RUNNABLE（含就绪与运行）、BLOCKED（等 monitor）、WAITING（无时限 wait/join）、TIMED_WAITING（sleep/带时限 wait）、TERMINATED。
  • start() 只能调用一次；run() 只是普通方法，直接调用不会新线程。

# synchronized

  • 用法：修饰实例方法（锁 this）、静态方法（锁 Class）、代码块 synchronized(obj)。同一锁同一时刻仅一线程持有；可重入。
  • 原理：Monitor（管程）；字节码 monitorenter/monitorexit；锁存在对象头 Mark Word。
  • 锁升级：无锁 → 偏向锁（单线程多次进入）→ 轻量级锁（CAS 自旋）→ 重量级锁（挂起，OS 互斥）。-XX:-UseBiasedLocking 可关偏向锁。

# Lock 与 ReentrantLock

  • 显式加锁解锁；unlock 必须在 finally。可重入；公平/非公平（默认）；tryLock()、lockInterruptibly()。
  • 与 synchronized 区别：Lock 可非块结构、可中断、可超时、多条件；synchronized 由 JVM 实现，自动释放。

# volatile

  • 保证可见性：写立即刷新主存，读从主存读（或缓存一致性协议）。禁止指令重排：内存屏障。
  • 不保证原子性；适合一写多读、状态标志。i++ 等需 CAS 或 synchronized。

# CAS

  • Compare-And-Swap；无锁更新，ABA 问题可用版本号或 AtomicStampedReference 解决。
  • AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference、LongAdder（高并发计数拆分 cell，再 sum）。

# AQS（AbstractQueuedSynchronizer）

  • state 表示资源数；CLH 队列管理等待线程。获取：tryAcquire 成功则占坑，失败则入队、挂起；释放：tryRelease 改 state，唤醒后继。
  • 基于 AQS：ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore、CountDownLatch（共享）、CyclicBarrier 通过 ReentrantLock+Condition 实现。

# JMM（Java 内存模型）

  • 主内存与工作内存；线程对变量的操作在工作内存，再同步到主内存。happens-before：程序顺序、锁规则、volatile、传递性等；满足 hb 则可见性有保障。
  • volatile、synchronized、final 的可见性与有序性保证。

# 线程池

# 参数

  • corePoolSize：核心线程数，常驻。
  • maximumPoolSize：最大线程数。
  • keepAliveTime + unit：非核心线程空闲存活时间。
  • workQueue：任务队列，ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、SynchronousQueue、PriorityBlockingQueue、DelayedWorkQueue 等。
  • threadFactory：创建线程的工厂。
  • handler：拒绝策略；AbortPolicy（抛异常）、CallerRunsPolicy（调用者跑）、DiscardPolicy、DiscardOldestPolicy。

# 流程

  • 任务数 ≤ corePoolSize：新建核心线程执行。
  • 任务数 > corePoolSize：放入 workQueue。
  • 队列满且 当前线程数 < maximumPoolSize：新建非核心线程。
  • 队列满且 当前线程数 = maximumPoolSize：执行 handler。

# 为什么不用 Executors

  • newFixedThreadPool、newSingleThreadExecutor 用无界 LinkedBlockingQueue，任务堆积可能 OOM。
  • newCachedThreadPool 最大线程数为 Integer.MAX_VALUE，可能创建过多线程。推荐手动 new ThreadPoolExecutor，显式设队列大小与拒绝策略。

# 线程池参数设计

  • CPU 密集：核心数 + 1 或 Ncpu；IO 密集：可 2*Ncpu 或按 IO 等待比放大。队列有界；拒绝策略按业务选（记录、降级、CallerRunsPolicy）。

# CompletableFuture

  • 组合异步任务；supplyAsync、thenApply、thenCompose、thenCombine、allOf、anyOf、exceptionally、handle。
  • 替代 Future.get() 阻塞；可链式编排多步异步。

# ConcurrentHashMap

  • JDK8：CAS + synchronized 锁桶；put/get 见 集合。size 用 baseCount + CounterCell 分段计数。

# 并发工具类

  • CountDownLatch：计数减到 0 时 await 的线程放行；一次性。countDown()、await()。
  • CyclicBarrier：多线程到齐后执行屏障动作；可复用。await()。
  • Semaphore：许可数，acquire/release；限流、控制并发数。
  • Phaser：分阶段协同，可动态注册。
  • ThreadLocal：线程局部变量；注意内存泄漏：用完 remove()，或使用池化线程时务必 remove。

# 必会问题简答

  • volatile 的作用：可见性、禁止重排；不保证原子性。
  • synchronized 和 Lock 区别：见上 Lock 小节。
  • 线程池参数怎么设计：见上「线程池参数设计」。

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