2020大厂面试JUC线程重要技术点【集合+线程+阻塞队列+线程池】

一、集合安全问题

1.1 ArrayList

• 空的集合初始值为10
• object类型的数组
• 扩容Arrays.copyOf 原始大小的一倍
• 线程不安全

1.1.1 不安全

java.util.concurrentModificationException

• Vector加了锁保证了数据一致性，但是并发性急剧下降，所以很少用！
• ArrayList牺牲了线程安全从而保证并发性

1.1.2 如何解决ArrayList线程不安全问题

1.new Vector<>()
2.Collection与Collections

• Collection为集合类的父接口
• Collections为辅助类来解决ArrayList线程不安全问题

List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

3.CopyOnWriteArrayList<>（）类
写时复制 读写分离的思想

List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

private tranisent volatile []…

1.2 HashSet

底层：HashMap 初始值16 负载因子0.75

线程不安全解决的问题与上面雷同
解决办法一Collections.synchronizedSet()：

解决办法二CopyOnWriteArraySet<>()：

1.3 HashMap

演示错误 java.util.concurrentModificationException

解决办法一：

Map<String,String> map = new ConcurrentHashMap<>();

解决办法二：

Collections.synchronizedMap();

二、JAVA锁机制

公平锁：多个新线程按照申请顺序来获取锁，先到先得 非
非公平锁：多个线程并不是按照申请的顺序，有可能造成优先级反转或者饥饿现象。

2.1 可重入锁【递归锁】

ReentrantLock
线程可以进入任何一个它已经拥有的锁同步着的代码块
通过构造函数制定该锁是否为公平锁，默认是非公平锁。
非公平锁的优势在于吞吐量比较大
对于Synchronized而言，也是一种非公平锁
作用：避免死锁

2.2 自旋锁

是指尝试获取锁的线程不会阻塞，而是采用循环的方式来尝试乎获取锁，这样的好处就是减少线程上下文的切换消耗，缺点是循环会消耗CPU.
do
while()
CAS
期望值与工作区间的值比较

2.2.1 自旋锁代码

public class SpinLock{
//原子引用线程
AtomicReference<Thread> ar = new AtomicReference<>();

	public void myLock(){
		Thread thread = Thread.currentThread();
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"come in");
		while(!ar.compareAndSet(null,thread)){
			
		}
	}

	public void myUnLock(){
		Thread thread = Thread.currentThread();
		ar.compareAndSet(thread,null);
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"unlock");
	}
	
	public static void main(String[] args){
		SpinLock sl = new SpinLock();
		
		new Thread(()-> {
			// 加锁
			sl.myLock();
			// 暂停一会
			try{TimeUnit.SECONDS.sleep(5);}catch(...){}
			// 解锁
			sl.myUnLock();
		},"AA").start();
	
		try{TimeUnit.SECONDS.sleep(1);}catch(...){}
	
		new Thread(()-> {
			// 加锁
			sl.myLock(); 
			try{TimeUnit.SECONDS.sleep(1);}catch(...){}
			// 解锁
			sl.myUnLock();
		},"BB").start();
	}
}

2.3 独占锁（写锁）/共享锁（读锁）

独占锁：指该锁一次只能被一个线程所持有的。
ReentrantLock Synchronized 都是独占锁
共享锁：该锁可以被多个线程所持有
ReentrantReadWriteLock为共享锁，写锁为独占锁
读锁的共享锁可保证并发读是非常高效的，读写，写读，写写的过程都是互斥的。

一个线程去写【原子+独占】绝对不可以被阻断，多个线程可以读
【问题描述如下：】

class MyCache{//缓存资源类
	//volatile 可见性 不保证原子性 禁止指令重排
	private volatile Map<String,Object> map = new HashMap<>();
	//解决问题 原子性
	//private ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock ();
	
	public void put(String key,Object value){
		
		//加写锁
		rwLock.writeLock().lock();
		try{
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在写入"+key);
			try{Time.MILLSECONDS.sleep(300);}catch(){};
			map.put(key,value);
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入完成");
		}catch(Exception e){
		}finally{
			rwLock.writeLock().unlock();
		}
	}


	public void get(String key,Object value){
		//加读锁
		rwLock.readLock().lock();
		try{
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在读取"+key);
		try{Time.MILLSECONDS.sleep(300);}catch(){};
		Object result = map.get(key);
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取完成"+result);
		}catch(Exception e){
		}finally{
			rwLock.readLock().unlock();
		}
		
	}
}

public class ReadWriteLockDemo{
	public static void main(String[] args){
		MyCache myCache = new MyCache();
		//写
		for(int i = 1;i <= 5;i++){
			new Thread(() -> {
				final int tempInt = i;
				myCache.put(tempInt+"",tempInt+"");
			},String.valueOf(i)).start();
		}

		//读
		for(int i = 1;i <= 5;i++){
			new Thread(() -> {
				final int tempInt = i;
				myCache.get(tempInt+"");
			},String.valueOf(i)).start();
		}
	}
}

这样既保证了数据一致性，有保证了并发性，读写分离。
Synchronized太重量。

三、CountDownLatch【线程做减法倒计时】

3.1 离开教室锁门问题产生！

public class CountDownLatchDemo{
	public static void main(String[] args){
		for(int i = 1;i<=6;i++){
			new Thread(()->{
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"上完自习，离开教室");
			},String.valueOf(i)).start();	
		}
		System.out,println(Thread.currentThread().getName()+"班长最后关门走人");
		
	}

}

3.2 解决问题：CountDownLatch

public class CountDownLatchDemo{
	public static void main(String[] args){
		// 计数
		CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);
		
	
		for(int i = 1;i<=6;i++){
			new Thread(()->{
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"上完自习，离开教室");
				countDownLatch.countDown();//减1操作
			},String.valueOf(i)).start();	
		}
		// 主线程等待
		countDownLatch.await();
		System.out,println(Thread.currentThread().getName()+"班长锁门，最后关门走人");
		
	}

}

四、CyclicBarrier【加法】

加法 与CountDownLatch【减法】相反
加到一定的数值然后做事

最后一个线程到达屏障时候才会进行

public class CountDownLatchDemo{
	
	public static void main(String[] args){
		CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7,()->{System.out.println("***召唤神龙***");});
		for(int i = 1;i<=7;i++){
			final int tempInt  = i;
			new Thread(()->{
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"收集到第"+tempInt +"颗龙珠");
				cyclicBarrier.await();
			},String.valueOf(i)).start();
		}
	}
}

五、Semaphore【信号量】

多个共享资源的互斥使用
并发线程数量的控制

public class CountDownLatchDemo{
	
	public static void main(String[] args){
		// 模拟3个停车位
		Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
		for(int i = 1; i <= 6;i++){
			new Thread(()->{
				try{
					semaphore.acquire();
					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"抢到车位");
					TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"停车3S后，离开车位");
				}catch(...){
				}finally{
					semaphore.release();
				}	
				
			},String.valueOf(i)).start();
		}
	}
}

六、阻塞队列【MQ核心】

6.1 阻塞队列ArrayBlockingQueue<>()

报异常

没有异常，直接返回布尔类型false

一直阻塞，取出用take方法

过时不候

6.2 阻塞队列 SynchronousQueue<>()

不消费，不会继续插下一个，会卡在 put(1)

6.3 生产者-消费者案例【新方式】

案例：一个初始值为0的变量，两个线程交替操作，一个加一，一个减一，来5轮

class SahreData{
	private int number = 0;
	private Lock lock = new ReentrantLock();
	private Condition condition = lock.newCondition();
	// 加法
	public void increament(){
		lock.lock{
		try{
		//1.判断
		while(number != 0){
			condition.await(); 
		}
		//2.干活
		number++;
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ number);
		//3.通知唤醒
		condition.signalAll(); 
		}catch(...){
		}finally{
			lock.unlock();
		}	
		}
	}

	// 减法
	public void decreament(){
		lock.lock{
		try{
		//1.判断
		while(number == 0){
			condition.await(); 
		}
		//2.干活
		number--;
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ number);
		//3.通知唤醒
		condition.signalAll(); 
		}catch(...){
		}finally{
			lock.unlock();
		}	
		}
	}
}

public class ProdConsumer{
	public static void main(String[] args){
		ShareData shareData = new ShareData();
		
		new Thread(()->{
			for(int i = 1;i<=5;i++){
				shareData.increament();
			}
		},"A").start();

	    new Thread(()->{
			for(int i = 1;i<=5;i++){
				shareData.decreament();
			}
		},"B").start();
	}
}

6.4 虚假唤醒

防止虚假唤醒 一定要用while 不要用if
6.3 中的代码换成If，多添加几个线程就会出现问题！
会出现结果 1 2 -1 0等等，并没有控制住结果。

七、Synchrinized与Lock的区别

1.前者JVM层面，是Java的关键字，后者是API层面，java5以后的出现的。
2. synchronized不可以中断
3. Reentranrlock可以中断，设置超时，或者中断方法
4.synchronized默认非公平锁
5.Reentranrlock可以分组唤醒，精确唤醒
6.synchronized要么随即唤醒一个，要么唤醒全部notify() notifyAll()
实现案例：

多线程之间要按照顺序调用，实现A-B-C三个线程启动：
AA打印5次，BB打印10次，CC打印15次
然后
AA打印5次，BB打印10次，CC打印15次
…
循环10次

7.1 打印案例【新的Lock版本】

class ShareResource{
	private int number = 1;//A1 B2 C3
	private Lock lock = new ReentrantLock();
	private Condition c1 = new lock.newCondition();
	private Condition c2 = new lock.newCondition();
	private Condition c3 = new lock.newCondition();

	public void prints5(){
		lock.lock();
		try{
			//1.判断
			while(number != 1){
				c1.await();
			}
			//2.干活
			for(int i = 1;i<=5;i++){
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+number);
			}
			//3.通知2
			number = 2;
			c2.signal();
		}catch(){}finally{
			lock.unlock();
		}
	}
	
	public void prints10(){
		lock.lock();
		try{
			//1.判断
			while(number != 2){
				c2.await();
			}
			//2.干活
			for(int i = 1;i<=10;i++){
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+number);
			}
			//3.通知2
			number = 3;
			c3.signal();
		}catch(){}finally{
			lock.unlock();
		}
	}

	public void prints15(){
		lock.lock();
		try{
			//1.判断
			while(number != 3){
				c3.await();
			}
			//2.干活
			for(int i = 1;i<=10;i++){
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+number);
			}
			//3.通知2
			number = 1;
			c1.signal();
		}catch(){}finally{
			lock.unlock();
		}
	}
		
}

public class SyncAndReentrantLockDemo{

	ShareSource shareSource = new ShareSource();
	new Thread(()->{
		for(int i=0;i<=10;i++){
			shareSource.prints5();
		}
	},"A").start();

	new Thread(()->{
		for(int i=0;i<=10;i++){
			shareSource.prints10();
		}
	},"B").start();

	new Thread(()->{
		for(int i=0;i<=10;i++){
			shareSource.prints15();
		}
	},"C").start();
}

7.2 生产消费案例【阻塞队列版本】高并发

class MyResource{
	private volatile boolean FLAG = true;//默认开启，生产+消费
	private AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
	
	BlockingQueue<String> blockingQueue = null;
	public MyResource(BlockingQueue<String> blockingQueue){
		this.blockingQueue = blockingQueue;
		System.out.println(blockingQueue.getClass().getName());
	}
	
	public void myProd(){
		String data = null;
		boolean retValue;
		while(FLAG){
			data = atomInteger.incrementAndGet()+"";
			retValue = blockingQueue.offer(data,2L,TimeUnit.SECONDS);
		if(retValue){
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 插入队列"+data+"成功");
		}else{
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 插入队列"+data+"失败");
		}
		TimeUint.SECONDS.sleep(1);
		}
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 生产叫停，false 生产结束");
	}


	public void MyConsumer(){
	String result = null;
		while(FLAG){
			result = blockingQueue.poll(2L,TimeUnit.SECONDS);
			if(null == result || result.equalsIngoreCase("")){
				FLAG = false;
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 超过2S没有消费，消费退出");
				return;
			}
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 消费队列"+result+"成功");
		}
	}

	public void stop(){
		this.FLAG = fasle;
	}
}

public class ProdConsumer_BlockQueueDemo{
	public static void main(String[] args){
		MyResource myResource = new MyResource(new ArrayBlockingQueue<>(10));
	
		new Thread(()->{
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "\t 生产线成启动");
			myResource.myProd();
		},"Prod").start();

		new Thread(()->{
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "\t 消费线成启动");
			myResource.myConsumer();
		},"Consumer").start();

	//暂停一会
	try{TimeUnit.SECONDS.sleep(5);catchh(...){}}
	System.out.println("5S结束,大老板叫停，活动结束");
	myResource.stop();
	}

}

八、线程池

8.1 Runnable与 Callable

class MyThread implements Runnable{
	@Override
	public void run(){
	}
}

class MyThread2 implements Callable<Integer>{
	@Override
	public Integer call() throws Exception{
		System.out.println("进来了");
		return 1024;
	}
}


public class CallableDemo{
public static void main(String[] args){
	FuterTask<Integer> futerTask = new FuterTask<>(new MyThread);
	Thread t1 = new Thread(futerTask,"AAA");
	t1.start();
	int result01 = 100;
	int result02 = futerTask.get();
	
	System.out.println(result01+result02);
 }
}

结果：1124

8.2 线程池的优势

Executor顶级接口和工具包Executors

底层：阻塞队列

1.降低资源消耗
2.提高响应速度
3.提高线程的可管理性
// 拓展工具类
// Array Arrays
// Collection Collections
// Executor Executors

8.3 线程池实现的方式【3种核心】

工作中你用那个？？？ 哪个都不用的
阿里巴巴开发手册：不允许使用Executors区创建，而是使用ThreadPoolExecutor的方式，这样的处理方式更加明确线程池的运行规则，避免资源耗尽。

但是也要学习！！！！！！如下：
第一种【重要】：

public class MyThreadPoolDemo{
	public static void main(String[] args){
		// 1个线程池 5个线程
		ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
		
		try{
			for(int i = 1;i<=10;i++){//10个用户
				threadPool.execute(()->{
					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"办理业务");
				});
			}
		}catch(...){
		}finally{
			thread.shutdown();
		}
	}
}

第二种：

public class MyThreadPoolDemo{
	public static void main(String[] args){
		// 1个线程池 1个线程
		ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
		
		try{
			for(int i = 1;i<=10;i++){//10个用户
				threadPool.execute(()->{
					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"办理业务");
				});
			}
		}catch(...){
		}finally{
			thread.shutdown();
		}
	}
}

第三种：

public class MyThreadPoolDemo{
	public static void main(String[] args){
		// 1个线程池 不定线程
		ExecutorService threadPool = Executors.newCacgedThreadPool();
		
		try{
			for(int i = 1;i<=10;i++){//10个用户
				threadPool.execute(()->{
					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"办理业务");
				});
			}
		}catch(...){
		}finally{
			thread.shutdown();
		}
	}
}

8.4 线程池7大参数

8.5 线程池拒绝策略

等待队列已经满了，再也塞不下新任务了
线程池中的max线程也达到了最大，无法继续为新任务服务

8.6 手写线程池【大厂工作核心–7大参数】

public class MyThreadPoolDemo{
	public static void main(String[] args){
		ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(
						2,//核心数
						5,//最大线程数
						1L,//活跃时间
						TimeUint.SECONDS,//单位
						new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3),//阻塞队列大小个数
						Executors.defaultThreadFactory(),//线程工厂
						new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());//拒绝策略，会抛异常
	
		try{
			for(int i = 1;i<=5;i++){
				threadPool.execute(()->{
					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"办理业务");
				});
			}
		}catch(...){
		}finally{
			threadPool.shutdown(); 
		}
	}
}

8.7 如何合理配置线程的数量呢？

回答：

1.CPU密集型？
2.IO密集型？

1.获取CPU密集型
Runtime.getRuntime().getProcessors()
一般为：CPU核数+1个线程

2.IO密集型
io密集型的任务并不是一直在执行任务，应该配置尽可能多的线程
一般为：CPU核数*2