Java並發
進程
進程是程序的一次執行過程，是系統運行程序的基本單位，因此進程是動態的。系統運行一個程序即是一個進程從創建，運行到消亡的過程。
在 Java 中，當我們啟動 main 函數時其實就是啟動了一個 JVM 的進程，而 main 函數所在的線程就是這個進程中的一個線程，也稱主線程。
線程
線程與進程相似，但線程是一個比進程更小的執行單位。一個進程在其執行的過程中可以產生多個線程。與進程不同的是同類的多個線程共享進程的堆和方法區資源，但每個線程有自己的程序計數器、虛擬機棧和本地方法棧，所以系統在產生一個線程，或是在各個線程之間作切換工作時，負擔要比進程小得多，也正因為如此，線程也被稱為輕量級進程。
一個進程中可以有多個線程，多個線程共享進程的堆和方法區 (JDK1.8 之后的元空間)資源，但是每個線程有自己的程序計數器、虛擬機棧 和 本地方法棧。
總結： 線程 是 進程 划分成的更小的運行單位。線程和進程最大的不同在於基本上各進程是獨立的，而各線程則不一定，因為同一進程中的線程極有可能會相互影響。線程執行開銷小，但不利於資源的管理和保護；而進程正相反
Java線程生命周期和狀態
線程死鎖
多個線程同時被阻塞，它們中的一個或者全部都在等待某個資源被釋放。由於線程被無限期地阻塞，因此程序不可能正常終止。
public class DeadLockDemo {
private static Object resource1 = new Object();//資源 1
private static Object resource2 = new Object();//資源 2
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
synchronized (resource1) {
System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
synchronized (resource2) {
System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
}
}
}, "線程 1").start();
new Thread(() -> {
synchronized (resource2) {
System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource1");
synchronized (resource1) {
System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
}
}
}, "線程 2").start();
}
}
避免線程死鎖
我們只要破壞產生死鎖的四個條件中的其中一個就可以了。
- 破壞互斥條件
這個條件我們沒有辦法破壞，因為我們用鎖本來就是想讓他們互斥的（臨界資源需要互斥訪問）。 - 破壞請求與保持條件
一次性申請所有的資源。 - 破壞不剝奪條件
占用部分資源的線程進一步申請其他資源時，如果申請不到，可以主動釋放它占有的資源。 - 破壞循環等待條件
靠按序申請資源來預防。按某一順序申請資源，釋放資源則反序釋放。破壞循環等待條件。
sleep() 方法和 wait() 方法區別和共同點
- 兩者最主要的區別在於：sleep 方法沒有釋放鎖，而 wait 方法釋放了鎖 。
- 兩者都可以暫停線程的執行。
- Wait 通常被用於線程間交互/通信，sleep 通常被用於暫停執行。
- wait() 方法被調用后，線程不會自動蘇醒，需要別的線程調用同一個對象上的 notify() 或者 notifyAll() 方法。sleep() 方法執行完成后，線程會自動蘇醒。或者可以使用wait(long timeout)超時后線程會自動蘇醒。
調用 start 方法方可啟動線程並使線程進入就緒狀態，而 run 方法只是 thread 的一個普通方法調用，還是在主線程里執行。
synchronized關鍵字最主要的三種使用方式：
- 修飾實例方法: 作用於當前對象實例加鎖，進入同步代碼前要獲得當前對象實例的鎖
- 修飾靜態方法: :也就是給當前類加鎖，會作用於類的所有對象實例，因為靜態成員不屬於任何一個實例對象，是類成員（ static 表明這是該類的一個靜態資源，不管new了多少個對象，只有一份）。所以如果一個線程A調用一個實例對象的非靜態 synchronized 方法，而線程B需要調用這個實例對象所屬類的靜態 synchronized 方法，是允許的，不會發生互斥現象，因為訪問靜態 synchronized 方法占用的鎖是當前類的鎖，而訪問非靜態 synchronized 方法占用的鎖是當前實例對象鎖。
- 修飾代碼塊: 指定加鎖對象，對給定對象加鎖，進入同步代碼庫前要獲得給定對象的鎖。
總結： synchronized 關鍵字加到 static 靜態方法和 synchronized(class)代碼塊上都是是給 Class 類上鎖。synchronized 關鍵字加到實例方法上是給對象實例上鎖。盡量不要使用 synchronized(String a) 因為JVM中，字符串常量池具有緩存功能！
線程池
線程池提供了一種限制和管理資源（包括執行一個任務）。 每個線程池還維護一些基本統計信息，例如已完成任務的數量。
使用線程池的好處：
- 降低資源消耗。 通過重復利用已創建的線程降低線程創建和銷毀造成的消耗。
- 提高響應速度。 當任務到達時，任務可以不需要的等到線程創建就能立即執行。
- 提高線程的可管理性。 線程是稀缺資源，如果無限制的創建，不僅會消耗系統資源，還會降低系統的穩定性，使用線程池可以進行統一的分配，調優和監控。
實現Runnable接口和Callable接口的區別
如果想讓線程池執行任務的話需要實現的Runnable接口或Callable接口。 Runnable接口或Callable接口實現類都可以被ThreadPoolExecutor或 ScheduledThreadPoolExecutor執行。兩者的區別在於 Runnable 接口不會返回結果但是 Callable 接口可以返回結果。
備注： 工具類Executors可以實現Runnable對象和Callable對象之間的相互轉換。（Executors.callable（Runnable task）或Executors.callable（Runnable task，Object resule））。
執行execute()方法和submit()方法的區別
-
execute() 方法用於提交不需要返回值的任務，所以無法判斷任務是否被線程池執行成功與否；
-
submit() 方法用於提交需要返回值的任務。線程池會返回一個Future類型的對象，通過這個Future對象可以判斷任務是否執行成功，並且可以通過future的get()方法來獲取返回值，get()方法會阻塞當前線程直到任務完成，而使用 get（long timeout，TimeUnit unit）方法則會阻塞當前線程一段時間后立即返回，這時候有可能任務沒有執行完。
生產者/消費者模式
生產者和消費者問題是線程模型中的經典問題：生產者和消費者在同一時間段內共用同一個存儲空間，生產者往存儲空間中添加產品，消費者從存儲空間中取走產品，當存儲空間為空時，消費者阻塞，當存儲空間滿時，生產者阻塞。
生產者消費者問題是研究多線程程序時繞不開的經典問題之一，它描述是有一塊緩沖區作為倉庫，生產者可以將產品放入倉庫，消費者則可以從倉庫中取走產品。在Java中一共有四種方法支持同步，其中前三個是同步方法，一個是管道方法。
- Object的wait() / notify()方法
- Lock和Condition的await() / signal()方法
- BlockingQueue阻塞隊列方法
- PipedInputStream / PipedOutputStream
countDownLatch(倒計時門栓)
- countDownLatch這個類使一個線程等待其他線程各自執行完畢后再執行。
- 是通過一個計數器來實現的，計數器的初始值是線程的數量。每當一個線程執行完畢后，計數器的值就-1，當計數器的值為0時，表示所有線程都執行完畢，然后在閉鎖上等待的線程就可以恢復工作了。