♥Java并发知识体系详解♥

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。@pdai

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。@pdai

  • Java 并发 - 知识体系
  • 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?
  • 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snchronized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。@pdai

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非公平锁,如ReentrantLock) 和共享(多个线程可同时访问执行,如SemaphoreCountDownLatchCyclicBarrier )。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?

C. Java进阶 - Java 并发之 本质与模式:最后站在更高的角度看其本质(协作,分工和互斥),同时总结上述知识点所使用的模式。@pdai

参考文档

官方文档 https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se7/html/jls-17.html

并发官方教程 https://docs.oracle.com/javase/tutorial/essential/concurrency/atomic.html

Doug Lea并发编程文章全部译文 http://ifeve.com/doug-lea/

Java并发知识点总结 https://github.com/CL0610/Java-concurrency

线程与多线程必知必会(基础篇) https://zhuanlan.zhihu.com/p/33616143

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