八個子產品，看目錄吧，都整理好了，這些都是并發高頻面試題，也是要重點掌握的内容。

一、線程狀态

要求

01 掌握 Java 線程六種狀态
02 掌握 Java 線程狀态轉換
03 能了解五種狀态與六種狀态兩種說法的差別

01 六種狀态及轉換分别是

建立

當一個線程對象被建立，但還未調用 start 方法時處于建立狀态
此時未與作業系統底層線程關聯

可運作

調用了 start 方法，就會由建立進入可運作
此時與底層線程關聯，由作業系統排程執行

終結

線程内代碼已經執行完畢，由可運作進入終結
此時會取消與底層線程關聯

阻塞

當擷取鎖失敗後，由可運作進入 Monitor 的阻塞隊列阻塞，此時不占用 cpu 時間
當持鎖線程釋放鎖時，會按照一定規則喚醒阻塞隊列中的阻塞線程，喚醒後的線程進入可運作狀态

等待

當擷取鎖成功後，但由于條件不滿足，調用了 wait() 方法，此時從可運作狀态釋放鎖進入 Monitor 等待集合等待，同樣不占用 cpu 時間
當其它持鎖線程調用 notify() 或 notifyAll() 方法，會按照一定規則喚醒等待集合中的等待線程，恢複為可運作狀态

有時限等待

當擷取鎖成功後，但由于條件不滿足，調用了 wait(long) 方法，此時從可運作狀态釋放鎖進入 Monitor 等待集合進行有時限等待，同樣不占用 cpu 時間
當其它持鎖線程調用 notify() 或 notifyAll() 方法，會按照一定規則喚醒等待集合中的有時限等待線程，恢複為可運作狀态，并重新去競争鎖
如果等待逾時，也會從有時限等待狀态恢複為可運作狀态，并重新去競争鎖
還有一種情況是調用 sleep(long) 方法也會從可運作狀态進入有時限等待狀态，但與 Monitor 無關，不需要主動喚醒，逾時時間到自然恢複為可運作狀态

其它情況（隻需了解）

可以用 interrupt() 方法打斷等待、有時限等待的線程，讓它們恢複為可運作狀态
park，unpark 等方法也可以讓線程等待和喚醒

02 五種狀态

五種狀态的說法來自于作業系統層面的劃分

運作态：分到 cpu 時間，能真正執行線程内代碼的
就緒态：有資格分到 cpu 時間，但還未輪到它的
阻塞态：沒資格分到 cpu 時間的

涵蓋了 java 狀态中提到的阻塞、等待、有時限等待
多出了阻塞 I/O，指線程在調用阻塞 I/O 時，實際活由 I/O 裝置完成，此時線程無事可做，隻能幹等

建立與終結态：與 java 中同名狀态類似，不再啰嗦

二、線程池

要求

掌握線程池的 7 大核心參數

并發篇-04-線程池核心參數_簡介05:53

并發篇-05-線程池核心參數_示範11:07

七大參數

corePoolSize 核心線程數目 - 池中會保留的最多線程數
maximumPoolSize 最大線程數目 - 核心線程+救急線程的最大數目
keepAliveTime 生存時間 - 救急線程的生存時間，生存時間内沒有新任務，此線程資源會釋放
unit 時間機關 - 救急線程的生存時間機關，如秒、毫秒等
workQueue - 當沒有空閑核心線程時，新來任務會加入到此隊列排隊，隊列滿會建立救急線程執行任務
threadFactory 線程工廠 - 可以定制線程對象的建立，例如設定線程名字、是否是守護線程等
handler 拒絕政策 - 當所有線程都在繁忙，workQueue 也放滿時，會觸發拒絕政策

抛異常 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.AbortPolicy
由調用者執行任務 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy
丢棄任務 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy
丢棄最早排隊任務 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy

三、wait vs sleep

要求

并發篇-06-wait_vs_sleep_差別03:57

并發篇-07-wait_vs_sleep_示範05:43

能夠說出二者差別

一個共同點，三個不同點

共同點

wait() ，wait(long) 和 sleep(long) 的效果都是讓目前線程暫時放棄 CPU 的使用權，進入阻塞狀态

不同點

方法歸屬不同

sleep(long) 是 Thread 的靜态方法
而 wait()，wait(long) 都是 Object 的成員方法，每個對象都有

醒來時機不同

執行 sleep(long) 和 wait(long) 的線程都會在等待相應毫秒後醒來
wait(long) 和 wait() 還可以被 notify 喚醒，wait() 如果不喚醒就一直等下去
它們都可以被打斷喚醒

鎖特性不同（重點）

wait 方法的調用必須先擷取 wait 對象的鎖，而 sleep 則無此限制
wait 方法執行後會釋放對象鎖，允許其它線程獲得該對象鎖（我放棄 cpu，但你們還可以用）
而 sleep 如果在 synchronized 代碼塊中執行，并不會釋放對象鎖（我放棄 cpu，你們也用不了）

四、 lock vs synchronized

并發篇-08-lock_vs_synchronized_差別08:33

并發篇-09-lock_阻塞示範10:31

并發篇-10-lock_公平非公平示範07:43

并發篇-11-lock_條件變量示範06:56

01 掌握 lock 與 synchronized 的差別
02 了解 ReentrantLock 的公平、非公平鎖
03 了解 ReentrantLock 中的條件變量

01 三個層面不同點

文法層面

synchronized 是關鍵字，源碼在 jvm 中，用 c++ 語言實作
Lock 是接口，源碼由 jdk 提供，用 java 語言實作
使用 synchronized 時，退出同步代碼塊鎖會自動釋放，而使用 Lock 時，需要手動調用 unlock 方法釋放鎖

功能層面

二者均屬于悲觀鎖、都具備基本的互斥、同步、鎖重入功能
Lock 提供了許多 synchronized 不具備的功能，例如擷取等待狀态、公平鎖、可打斷、可逾時、多條件變量
Lock 有适合不同場景的實作，如 ReentrantLock， ReentrantReadWriteLock

性能層面

在沒有競争時，synchronized 做了很多優化，如偏向鎖、輕量級鎖，性能不賴
在競争激烈時，Lock 的實作通常會提供更好的性能

02 公平鎖

公平鎖的公平展現

已經處在阻塞隊列中的線程（不考慮逾時）始終都是公平的，先進先出
公平鎖是指未處于阻塞隊列中的線程來争搶鎖，如果隊列不為空，則老實到隊尾等待
非公平鎖是指未處于阻塞隊列中的線程來争搶鎖，與隊列頭喚醒的線程去競争，誰搶到算誰的

公平鎖會降低吞吐量，一般不用

03 條件變量

ReentrantLock 中的條件變量功能類似于普通 synchronized 的 wait，notify，用在當線程獲得鎖後，發現條件不滿足時，臨時等待的連結清單結構
與 synchronized 的等待集合不同之處在于，ReentrantLock 中的條件變量可以有多個，可以實作更精細的等待、喚醒控制

五、 volatile

01 掌握線程安全要考慮的三個問題
02 掌握 volatile 能解決哪些問題

原子性

起因：多線程下，不同線程的指令發生了交錯導緻的共享變量的讀寫混亂
解決：用悲觀鎖或樂觀鎖解決，volatile 并不能解決原子性

可見性

起因：由于編譯器優化、或緩存優化、或 CPU 指令重排序優化導緻的對共享變量所做的修改另外的線程看不到
解決：用 volatile 修飾共享變量，能夠防止編譯器等優化發生，讓一個線程對共享變量的修改對另一個線程可見

有序性

起因：由于編譯器優化、或緩存優化、或 CPU 指令重排序優化導緻指令的實際執行順序與編寫順序不一緻
解決：用 volatile 修飾共享變量會在讀、寫共享變量時加入不同的屏障，阻止其他讀寫操作越過屏障，進而達到阻止重排序的效果
注意：

volatile 變量寫加的屏障是阻止上方其它寫操作越過屏障排到 volatile 變量寫之下
volatile 變量讀加的屏障是阻止下方其它讀操作越過屏障排到 volatile 變量讀之上
volatile 讀寫加入的屏障隻能防止同一線程内的指令重排

六、悲觀鎖 vs 樂觀鎖

掌握悲觀鎖和樂觀鎖的差別

對比悲觀鎖與樂觀鎖

悲觀鎖的代表是 synchronized 和 Lock 鎖

其核心思想是【線程隻有占有了鎖，才能去操作共享變量，每次隻有一個線程占鎖成功，擷取鎖失敗的線程，都得停下來等待】
線程從運作到阻塞、再從阻塞到喚醒，涉及線程上下文切換，如果頻繁發生，影響性能
實際上，線程在擷取 synchronized 和 Lock 鎖時，如果鎖已被占用，都會做幾次重試操作，減少阻塞的機會

樂觀鎖的代表是 AtomicInteger，使用 cas 來保證原子性

其核心思想是【無需加鎖，每次隻有一個線程能成功修改共享變量，其它失敗的線程不需要停止，不斷重試直至成功】
由于線程一直運作，不需要阻塞，是以不涉及線程上下文切換
它需要多核 cpu 支援，且線程數不應超過 cpu 核數

七、 Hashtable vs ConcurrentHashMap

掌握 Hashtable 與 ConcurrentHashMap 的差別
掌握 ConcurrentHashMap 在不同版本的實作差別

Hashtable 對比 ConcurrentHashMap

Hashtable 與 ConcurrentHashMap 都是線程安全的 Map 集合
Hashtable 并發度低，整個 Hashtable 對應一把鎖，同一時刻，隻能有一個線程操作它
ConcurrentHashMap 并發度高，整個 ConcurrentHashMap 對應多把鎖，隻要線程通路的是不同鎖，那麼不會沖突

ConcurrentHashMap 1.7

資料結構：Segment(大數組) + HashEntry(小數組) + 連結清單，每個 Segment 對應一把鎖，如果多個線程通路不同的 Segment，則不會沖突
并發度：Segment 數組大小即并發度，決定了同一時刻最多能有多少個線程并發通路。Segment 數組不能擴容，意味着并發度在 ConcurrentHashMap 建立時就固定了
索引計算

假設大數組長度是 2^m2m，key 在大數組内的索引是 key 的二次 hash 值的高 m 位
假設小數組長度是 2^n2n，key 在小數組内的索引是 key 的二次 hash 值的低 n 位

擴容：每個小數組的擴容相對獨立，小數組在超過擴容因子時會觸發擴容，每次擴容翻倍
Segment[0] 原型：首次建立其它小數組時，會以此原型為依據，數組長度，擴容因子都會以原型為準

ConcurrentHashMap 1.8

資料結構：Node 數組 + 連結清單或紅黑樹，數組的每個頭節點作為鎖，如果多個線程通路的頭節點不同，則不會沖突。首次生成頭節點時如果發生競争，利用 cas 而非 syncronized，進一步提升性能
并發度：Node 數組有多大，并發度就有多大，與 1.7 不同，Node 數組可以擴容
擴容條件：Node 數組滿 3/4 時就會擴容
擴容機關：以連結清單為機關從後向前遷移連結清單，遷移完成的将舊數組頭節點替換為 ForwardingNode
擴容時并發 get

根據是否為 ForwardingNode 來決定是在新數組查找還是在舊數組查找，不會阻塞

如果連結清單長度超過 1，則需要對節點進行複制（建立新節點），怕的是節點遷移後 next 指針改變

如果連結清單最後幾個元素擴容後索引不變，則節點無需複制
擴容時并發 put

如果 put 的線程與擴容線程操作的連結清單是同一個，put 線程會阻塞

如果 put 的線程操作的連結清單還未遷移完成，即頭節點不是 ForwardingNode，則可以并發執行

如果 put 的線程操作的連結清單已經遷移完成，即頭結點是 ForwardingNode，則可以協助擴容
與 1.7 相比是懶惰初始化
capacity 代表預估的元素個數，capacity / factory 來計算出初始數組大小，需要貼近 2^n2n
loadFactor 隻在計算初始數組大小時被使用，之後擴容固定為 3/4
超過樹化門檻值時的擴容問題，如果容量已經是 64，直接樹化，否則在原來容量基礎上做 3 輪擴容

八、ThreadLocal

01 掌握 ThreadLocal 的作用與原理
02 掌握 ThreadLocal 的記憶體釋放時機

01ThreadLocal 的作用與原理

作用

ThreadLocal 可以實作【資源對象】的線程隔離，讓每個線程各用各的【資源對象】，避免争用引發的線程安全問題
ThreadLocal 同時實作了線程内的資源共享

原理

每個線程内有一個 ThreadLocalMap 類型的成員變量，用來存儲資源對象

調用 set 方法，就是以 ThreadLocal 自己作為 key，資源對象作為 value，放入目前線程的 ThreadLocalMap 集合中
調用 get 方法，就是以 ThreadLocal 自己作為 key，到目前線程中查找關聯的資源值
調用 remove 方法，就是以 ThreadLocal 自己作為 key，移除目前線程關聯的資源值

ThreadLocalMap 的一些特點

key 的 hash 值統一配置設定
初始容量 16，擴容因子 2/3，擴容容量翻倍
key 索引沖突後用開放尋址法解決沖突

弱引用 key

ThreadLocalMap 中的 key 被設計為弱引用，原因如下

Thread 可能需要長時間運作（如線程池中的線程），如果 key 不再使用，需要在記憶體不足（GC）時釋放其占用的記憶體

02 記憶體釋放時機

被動 GC 釋放 key

僅是讓 key 的記憶體釋放，關聯 value 的記憶體并不會釋放

懶惰被動釋放 value

get key 時，發現是 null key，則釋放其 value 記憶體
set key 時，會使用啟發式掃描，清除臨近的 null key 的 value 記憶體，啟發次數與元素個數，是否發現 null key 有關

主動 remove 釋放 key，value

會同時釋放 key，value 的記憶體，也會清除臨近的 null key 的 value 記憶體
推薦使用它，因為一般使用 ThreadLocal 時都把它作為靜态變量（即強引用），是以無法被動依靠 GC 回收

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Java并發程式設計高頻面試知識點，歸納總結

一、 線程狀态