1、JUC学习建议
1.1、为什么学习 JUC？
- JUC就是 java.util .concurrent 工具包的简称。这是一个处理线程的工具包， JDK1.5 开始出现的。它加了一些在并发编程中常用的工具类，用于定义类似线程的自定义子系统，包括线程池，异步io，轻量级任务框架等。
- JUC 在面试中重要程度上：在当前 Java 后端面试中，JUC所有框架/中间件中被问到频率是次高的
1.2、学习的建议
- 1、阅读源码。读源码其实也是一种实战锻炼，可以帮助你从代码逻辑中彻底理解 JUC 实际运行机制。当遇到问题时，可以直接从代码层面进行定位、分析和解决问题
- 2、亲自动手实践
- 在开发中，使用并体会其特性
- 3、学习的路线
- JUC知识体系
- 多线程的一些概念（进程、线程、并行、并发啥的，谈谈你对高并发的认识）
- Java 内存模型相关（也可以算是 JVM 的范畴）
- 同步机制（locks、synchronzied、atomic）
- 并发容器类
- ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet
- 阻塞队列（顺着就会问到线程池）
- 线程池（Executor、Callable 、Future、ExecutorService等等，底层原理）
- AQS
- AQS 原理
- 工具类：CountDownLatch、ReentrantLock、Semaphore、Exchanger
- atomic 类（atomic常用类，方法，到 CAS，或者 ABA问题）
- Fork/Join并行计算框架
- 异步编排 CompletableFuture
1.3、JUC 学习资料
书籍推荐
- 1、《Java并发编程实战》作者阵容可谓大师云集，也包括Doug Lea(基础篇)
- 2、《Java并发编程的艺术》讲解并发包内部实现原理，能读明白，内功大增(高段位)
- 3、《图解Java多线程设计模式》并发编程设计模式方面的经典书籍
- 4、《操作系统：精髓与设计原理》经典操作系统教材
- 5、http://ifeve.com 国内专业并发编程网站
- 6、http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/ 很多并发编程的早期资料都在这里
- 7、极客时间 - Java 并发编程实战 王宝令
- 8、尚硅谷2022版 JUC并发编程 周阳
1.4、使用过并发包中的那些工具
1、CocurrentHashMap 怎么保证线程安全？CocurrentHashMap 在 JDK 1.8 前后的锁有什么区别？CocurrentHashMap 在 JDK 1.8 有什么改变？
- ConcurrentHashMap线程安全的map接口，初始化大小1 数据接口
- 底层实现使用数组+链表+红黑树
- 如何扩容：采用多线程并发扩容，给当前扩容线程分配“一个步长”的节点数
- 多线程环境下，保证线程安全
- 1.7 和 1.8 区别
- 1.7 数组+链表 线程安全：分段锁Segment，继承了ReentrantLock）
- 1.8 数组+链表+红黑树 线程安全：CAS + Synchronized 优化点：降低了锁的粒度
- size 统计：
- 1.7 先尝试在不加锁的情况下尝进行统计 size，最多统计3次
- 1.8 直接统计 baseCount 和 counterCells 的 value 值，返回的是一个近似值
- 不要使用这个值做业务逻辑
2、线程池使用的是哪种？线程池参数怎么配置？线程池各个参数的作用？线程池的参数配置要注意什么？线程池的工作流程
- 使用ThreadPoolExecutor创建线程池，而不是Executors，明确线程池的运行规则
- 所有需要多线程的使用场景，都是通过线程池提供的
- 问了线程池7大参数含义，线程池大小配置多少合适？
- 配置对线程池的监控 getTaskCount getPoolSize
3、JDK 中的并发类知道哪些？介绍下 CountDownLatch 和 CyclicBarrier？
- 使用atomic类，①计算任务执行个数，②统计缓存命中率，可以保证 i++ 的原子操作
- 使用countdownlatch 闭锁 异步转同步操作
- 可被多个线程并发的实现减1操作，并在计数器为0后调用await方法的线程被唤醒，从而实现多线程间的协作
- 用于复杂对象组装：商品信息、属性信息
- 使用异步编排 CompletableFuture 优化商品详情页等场景
- 可组合：可以将多个依赖操作通过不同的方式进行编排，例如CompletableFuture提供thenCompose、thenCombine等各种then开头的方法，这些方法就是对“可组合”特性的支持。
- CompletableFuture实现了两个接口：Future、CompletionStage。Future表示异步计算的结果，CompletionStage用于表示异步执行过程中的一个步骤（Stage），这个步骤可能是由另外一个CompletionStage触发的，随着当前步骤的完成，也可能会触发其他一系列CompletionStage的执行。从而我们可以根据实际业务对这些步骤进行多样化的编排组合
- 这种方式类似“观察者模式”，依赖动作（Dependency Action）都封装在一个单独Completion子类中
- CompletableFuture支持很多回调方法，例如thenAccept、thenApply、exceptionally等，这些方法接收一个函数类型的参数f，生成一个Completion类型的对象（即观察者），并将入参函数f赋值给Completion的成员变量fn，然后检查当前CF是否已处于完成状态（即result != null），如果已完成直接触发fn，否则将观察者Completion加入到CF的观察者链stack中，再次尝试触发，如果被观察者未执行完则其执行完毕之后通知触发。
4、AQS 的底层原理？
- AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是一个用于构建锁和同步器的框架，许多同步器都可以通过AQS 很容易并且高效地构造出来
- 通过内置的FIFO双向队列( CLH) 来完成资源获取线程的排队工作，并通过一个int类型变量表示持有锁的状态。
- 可以粗略这样认为：int类型的 state表示锁的状态，是否抢占到了锁
- 没有获取到锁的放到双向队列里面去，使用到的数据结构 CLH
5、使用过哪些锁？介绍下悲观锁和乐观锁？synchronized 和 Lock 的区别、使用场景？synchronized 原理？synchronized 作用于静态方法、普通方法、this、Lock.class 的区别？为什么引入偏向锁、轻量级锁，介绍下升级流程？介绍下 CAS，存在什么问题？死锁的必要条件，如何预防死锁？
- 悲观锁
- synchronized 和 Lock
- synchronized 原理？
- synchronized 修饰代码块时，编译后会生成 monitorenter 和 monitorexit 指令，分别对应进入同步块和退出同步块
- Synchronized的语义底层是通过一个monitor（监视器锁）对象来完成的，当monitor被占用时处于锁定状态
- 线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权：
- 1、如果monitor的进入数为0，则该线程进入monitor，然后将进入数设置为1，该线程即为monitor的所有者。
- 2、如果线程已经占有该monitor，只是重新进入，则进入monitor的进入数+1.
- 3、如果其他线程已经占用monitor，该线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，再尝试获取monitor的所有权
- synchronized 修饰方法时，编译后会生成 ACC_SYNCHRONIZED 标记，当方法调用时，调用指令将会检查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志是否被设置，如果设置了则会先尝试获得锁。
- 为什么引入偏向锁、轻量级锁，介绍下升级流程？
- 当JVM检测到不同的竞争状况时，会自动切换到适合的锁实现，这种切换就是锁的升级、降级(分4个场景)
- 场景1 无竞争：当没有竞争出现时，默认会使用偏向锁。
- 场景2 偏向锁做了啥：很多应用场景中，大部分对象生命周期中最多会被一个线程锁定，使用偏向锁可以降低无竞争开销。JVM会利用CAS操作（compare and swap），在对象头上的Mark Word部分设置线程ID，以表示这个对象偏向于当前线程，所以并不涉及真正的互斥锁。
- 场景3 有竞争：如果有另外的线程试图锁定某个已经被偏向过的对象，JVM就需要撤销（revoke）偏向锁，并切换到轻量级锁实现。轻量级锁依赖CAS操作Mark Word来试图获取锁，如果重试成功，就使用普通的轻量级锁；场景4，竞争失败锁升级：否则，进一步升级为重量级锁。
- 锁的降级：锁降级确实是会发生的，当JVM进入安全点（SafePoint 由oopMap实现）的时候，会检查是否有闲置的Monitor，然后试图进行降级
- 乐观锁
- volatile
- 使用volatile关键字 保证内存可见性
- 在双重校验获取单例时使用该关键字
- 获取apollo配置时，使用volatile
- CAS
- 是一种硬件对并发的支持，用于管理对共享数据的访问。相当于是无锁的非阻塞实现
- CAS包含3个操作数：内存值V，旧的预估值A，即将被更新的目标值B，当且仅当内存值V等于旧的预估值A，将内存地址V的值修改为B；否则，不做任何操作。
- CAS乐观锁的缺点三大问题：
- 1、ABA问题 使用带时间戳的类解决这个问题
- 2、循环时间长开销大
- 3、只能保证一个共享变量的原子操作
6、ThreadLocal，存在什么问题？
- 使用ThreadLocal 提供了线程局部变量，在多线程环境下，访问时能够保证各个线程里变量的独立性
- 在Spring切面编程中的使用，将前置逻辑中获取到的数据放入ThreadLocal中，然后在后置处理逻辑中作为入参传入，最后在finally语句中执行remove操作，防止内存泄漏。
- 内存泄漏问题：使用了弱引用作为 Entry 的 key，如果当前线程一直在运行，并且一直不执行
get、set、remove方法，导致了value一直处于强引用链路中 InheritableThreadLocal子线程可以拿到父线程的值。
- 原理即是在Thread初始化时进行父线程inheritableThreadLocals变量的拷贝
- 缺点：JDK提供的ThreadLocal不能支持线程池中，线程执行时的父子线程数据传递的问题
- 阿里TTL
- 在日志系统中，使用阿里TTL解决线程池内父子线程数据传递问题
- 其内部存储了一个InheritableThreadLocal类型的holder，且使用WeakHashMap来进行弱指针引用，在run过程中会先进行上文Snapshot捕获（即父线程ThreadLocal内容），捕获后的Snapshot再回放: 如当前执行线程，达到线程池内线程执行时，父子线程上下文传递的效果
2、相关文章
2.1、Java 并发基础
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。
- 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?
- 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?
- Java提供了种类丰富的锁，每种锁因其特性的不同，在适当的场景下能够展现出非常高的效率。本文旨在对锁相关源码、使用场景进行举例，为读者介绍主流锁的知识点，以及不同的锁的适用场景。
- 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Synchronized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?
- 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?
- 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?
2.2、JUC框架详解
需要对JUC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。
- JUC框架包含几个部分?
- 每个部分有哪些核心的类?
- 最最核心的类有哪些?
JUC框架：CAS及原子类：从最核心的CAS, Unsafe和原子类开始分析。
- 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
JUC框架：锁：然后分析JUC中锁。
- 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?
- 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和非公平锁，如ReentrantLock) 和共享(多个线程可同时访问执行，如Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier)。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?
- 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?
- 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?
JUC框架：集合：再理解JUC中重要的支持并发的集合。
- 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
- 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?
- 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?
- 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?
JUC框架：线程池：再者分析JUC中非常常用的线程池等。
- 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。
- 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?
- 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?
- 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。
JUC框架：工具类：最后来看下JUC中有哪些工具类，以及线程隔离技术ThreadLocal。
- 什么是CompletableFuture？
- CompletableFuture的底层实现原理？
- CompletableFuture对函数式编程的使用？
- CompletableFuture如何解决“回调地狱”的问题？
- 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。
- 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?
- 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?
- 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?
- 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
- 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?
2.3、Java 并发本质与模式
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。
