线程之间的同步机制有哪些_线程之间的同步机制有哪些方法

2021互联网公司java开发工程师面试题汇总！（附答案）
　　2021年互联网大厂，校园招聘java开发工程师面试题大全！（附答案），本篇文章包含java基础+JVM+JMM面试题。

　　Java 基础 40

　　语言特性 12

　　Q1：Java 语言的优点？

　　

　　Q2：Java 如何实现平台无关？

　　

　　Q3：JDK 和 JRE 的区别？

　　JDK： Java Development Kit，开发工具包。提供了编译运行 Java 程序的各种工具，包括编译器、JRE 及常用类库，是 JAVA 核心。

　　JRE： Java Runtime Environment，运行时环境，运行 Java 程序的必要环境，包括 JVM、核心类库、核心配置工具。

　　Q4：Java 按值调用还是引用调用？

　　

　　Q5：浅拷贝和深拷贝的区别？

　　

　　Q6：什么是反射？

　　

　　Q7：Class 类的作用？如何一个 Class 对象？

　　在程序运行期间，Java 运行时系统为所有对象维护一个运行时类型标识，这个信息会跟踪每个对象所属的类，虚拟机利用运行时类型信息选择要执行的正确方法，保存这些信息的类就是 Class，这是一个泛型类。

　　 Class 对象：① 。②对象的 方法。③ 。

　　Q8：什么是注解？什么是元注解？

　　注解是一种标记，使类或接口附加额外信息，帮助编译器和 JVM 完成一些特定功能，例如 标识一个方法是重写方法。

　　元注解是自定义注解的注解，例如：

　　：约束作用位置，值是 ElementType 枚举常量，包括 METHOD 方法、VARIABLE 变量、TYPE 类/接口、PARAMETER 方法参数、CONSTRUCTORS 构造方法和 LOACL_VARIABLE 局部变量等。

　　：约束生命周期，值是 RetentionPolicy 枚举常量，包括 SOURCE 源码、CLASS 字节码和 RUNTIME 运行时。

　　：表明这个注解应该被 javadoc 记录。

　　Q9：什么是泛型，有什么作用？

　　泛型本质是参数化类型，解决不确定对象具体类型的问题。泛型在定义处只具备执行 Object 方法的能力。

　　泛型的好处：① 类型安全，放置什么出来就是什么，不存在 ClassCastException。② 提升可读性，编码阶段就显式知道泛型集合、泛型方法等处理的对象类型。③ 代码重用，合并了同类型的处理代码。

　　Q10：泛型擦除是什么？

　　泛型用于编译阶段，编译后的字节码文件不包含泛型类型信息，因为虚拟机没有泛型类型对象，所有对象都属于普通类。例如定义 或 ，在编译后都会变成 。

　　定义一个泛型类型，会自动提供一个对应原始类型，类型变量会被擦除。如果没有限定类型就会替换为 Object，如果有限定类型就会替换为第一个限定类型，例如 “ 会使用 A 类型替换 T。

　　Q11：JDK8 新特性有哪些？

　　**lambda 表达式：**允许把函数作为参数传递到方法，简化匿名内部类代码。

　　**函数式接口：**使用 标识，有且仅有一个抽象方法，可被隐式转换为 lambda 表达式。

　　**方法引用：**可以引用已有类或对象的方法和构造方法，进一步简化 lambda 表达式。

　　**接口：**接口可以定义 修饰的默认方法，降低了接口升级的复杂性，还可以定义静态方法。

　　**注解：**引入重复注解机制，相同注解在同地方可以声明多次。注解作用范围也进行了扩展，可作用于局部变量、泛型、方法异常等。

　　**类型推测：**加强了类型推测机制，使代码更加简洁。

　　**Optional 类：**处理空指针异常，提高代码可读性。

　　**Stream 类：**引入函数式编程风格，提供了很多功能，使代码更加简洁。方法包括 遍历、 统计个数、 按条件过滤、 取前 n 个元素、 跳过前 n 个元素、 映射加工、 合并 stream 流等。

　　**日期：**增强了日期和时间 API，新的 java.time 包主要包含了处理日期、时间、日期/时间、时区、时刻和时钟等操作。

　　**JavaScript：**提供了一个新的 JavaScript 引擎，允许在 JVM上运行特定 JavaScript 应用。

　　Q12：异常有哪些分类？

　　所有异常都是 Throwable 的子类，分为 Error 和 Exception。Error 是 Java 运行时系统的内部错误和资源耗尽错误，例如 StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError，这种异常程序无法处理。

　　Exception 分为受检异常和非受检异常，受检异常需要在代码中显式处理，否则会编译出错，非受检异常是运行时异常，继承自 RuntimeException。

　　受检异常：① 无能为力型，如字段超长导致的 SQLException。② 力所能及型，如未授权异常 UnAuthorizedException，程序可跳转权限申请页面。常见受检异常还有 FileNotFoundException、ClassNotFoundException、IOException等。

　　非受检异常：① 可预测异常，例如 IndexOutOfBoundsException、NullPointerException、ClassCastException 等，这类异常应该提前处理。② 需捕捉异常，例如进行 RPC 调用时的远程服务超时，这类异常客户端必须显式处理。③ 可透出异常，指框架或系统产生的且会自行处理的异常，例如 Spring 的 NoSuchRequestHandingMethodException，Spring 会自动完成异常处理，将异常自动映射到合适的状态码。

　　数据类型 5

　　Q1：Java 有哪些基本数据类型？

　　数据类型内存大小默认值取值范围字节1个（字节）0-128 ~ 127短2个（短）0-2^15^ ~ 2^15^-1整形4个0-2^31^ ~ 2^31^-1long8层0升-2^63^ ~ 2^63^-1浮动4个0.0F±3.4E+38（有效位数 6~7 位）双8层0.0D±1.7E+308（有效位数 15 位）烧焦英文 1B，中文 UTF-8 占 3B，GBK 占 2B。'\ u0000''\ u0000'〜'\ uFFFF'布尔值单个变量 4B / 数组 1B假真假

　　JVM 没有 boolean 赋值的专用字节码指令， 就是使用 ICONST_0 即常数 0 赋值。单个 boolean 变量用 int 代替，boolean 数组会编码成 byte 数组。

　　Q2：自动装箱/拆箱是什么？

　　每个基本数据类型都对应一个包装类，除了 int 和 char 对应 Integer 和 Character 外，其余基本数据类型的包装类都是首字母大写即可。

　　自动装箱： 将基本数据类型包装为一个包装类对象，例如向一个泛型为 Integer 的集合添加 int 元素。

　　自动拆箱： 将一个包装类对象转换为一个基本数据类型，例如将一个包装类对象赋值给一个基本数据类型的变量。

　　比较两个包装类数值要用 ，而不能用 。

　　Q3：String 是不可变类为什么值可以修改？

　　String 类和其存储数据的成员变量 value 字节数组都是 final 修饰的。对一个 String 对象的任何修改实际上都是创建一个新 String 对象，再引用该对象。只是修改 String 变量引用的对象，没有修改原 String 对象的内容。

　　Q4：字符串拼接的方式有哪些？

　　① 直接用 ，底层用 StringBuilder 实现。只适用小数量，如果在循环中使用 拼接，相当于不断创建新的 StringBuilder 对象再转换成 String 对象，效率极差。

　　② 使用 String 的 concat 方法，该方法中使用 创建一个新的字符数组 buf 并将当前字符串 value 数组的值拷贝到 buf 中，buf 长度 = 当前字符串长度 + 拼接字符串长度。之后调用 方法使用 将拼接字符串的值也拷贝到 buf 数组，最后用 buf 作为构造参数 new 一个新的 String 对象返回。效率稍高于直接使用 。

　　③ 使用 StringBuilder 或 StringBuffer，两者的 方法都继承自 AbstractStringBuilder，该方法首先使用 确定新的字符数组容量，再调用 方法使用 将新的值追加到数组中。StringBuilder 是 JDK5 引入的，效率高但线程不安全。StringBuffer 使用 synchronized 保证线程安全。

　　Q5：String a = "a" + new String("b") 创建了几个对象？

　　常量和常量拼接仍是常量，结果在常量池，只要有变量参与拼接结果就是变量，存在堆。

　　使用字面量时只创建一个常量池中的常量，使用 new 时如果常量池中没有该值就会在常量池中新创建，再在堆中创建一个对象引用常量池中常量。因此 会创建四个对象，常量池中的 a 和 b，堆中的 b 和堆中的 ab。

　　面向对象 10

　　Q1：谈一谈你对面向对象的理解

　　面向过程让计算机有步骤地顺序做一件事，是过程化思维，使用面向过程语言开发大型项目，软件复用和维护存在很大问题，模块之间耦合严重。面向对象相对面向过程更适合解决规模较大的问题，可以拆解问题复杂度，对现实事物进行抽象并映射为开发对象，更接近人的思维。

　　例如开门这个动作，面向过程是 ，动宾结构，door 作为操作对象的参数传入方法，方法内定义开门的具体步骤。面向对象的方式首先会定义一个类 Door，抽象出门的属性（如尺寸、颜色）和行为（如 open 和 close），主谓结构。

　　面向过程代码松散，强调流程化解决问题。面向对象代码强调高内聚、低耦合，先抽象模型定义共性行为，再解决实际问题。

　　Q2：面向对象的三大特性？

　　

　　Q3：重载和重写的区别？

　　重载指方法名称相同，但参数类型个数不同，是行为水平方向不同实现。对编译器来说，方法名称和参数列表组成了一个唯一键，称为方法签名，JVM 通过方法签名决定调用哪种重载方法。不管继承关系如何复杂，重载在编译时可以根据规则知道调用哪种目标方法，因此属于静态绑定。

　　JVM 在重载方法中选择合适方法的顺序：① 精确匹配。② 基本数据类型自动转换成更大表示范围。③ 自动拆箱与装箱。④ 子类向上转型。⑤ 可变参数。

　　重写指子类实现接口或继承父类时，保持方法签名完全相同，实现不同方法体，是行为垂直方向不同实现。

　　元空间有一个方法表保存方法信息，如果子类重写了父类的方法，则方法表中的方法引用会指向子类实现。父类引用执行子类方法时无法调用子类存在而父类不存在的方法。

　　重写方法访问权限不能变小，返回类型和抛出的异常类型不能变大，必须加 。

　　Q4：类之间有哪些关系？

　　类关系描述权力强侧举例继承父子类之间的关系：is-a父类小狗继承于动物实现接口和实现类之间的关系：can-do接口小狗实现了狗叫接口组合比聚合更强的关系：contains-a整体头是身体的一部分聚合暂时组装的关系：has-a组装方小狗和绳子是暂时的聚合关系依赖一个类用到另一个：depends-a被依赖方人养小狗，人依赖于小狗关联平等的使用关系：links-a平等人使用卡消费，卡可以提取人的信息

　　Q5：Object 类有哪些方法？

　　**equals：**检测对象是否相等，默认使用 比较对象引用，可以重写 equals 方法自定义比较规则。equals 方法规范：自反性、对称性、传递性、一致性、对于任何非空引用 x， 返回 false。

　　**hashCode：**散列码是由对象导出的一个整型值，没有规律，每个对象都有默认散列码，值由对象存储地址得出。字符串散列码由内容导出，值可能相同。为了在集合中正确使用，一般需要同时重写 equals 和 hashCode，要求 equals 相同 hashCode 必须相同，hashCode 相同 equals 未必相同，因此 hashCode 是对象相等的必要不充分条件。

　　toString：打印对象时默认的方法，如果没有重写打印的是表示对象值的一个字符串。

　　*clone：clone 方法声明为 protected，类只能通过该方法克隆它自己的对象，如果希望其他类也能调用该方法必须定义该方法为 public。如果一个对象的类没有实现 Cloneable 接口，该对象调用 clone 方抛出一个 CloneNotSupport 异常。默认的 clone 方法是浅拷贝，一般重写 clone 方法需要实现 Cloneable 接口并指定访问修饰符为 public。

　　**finalize：**确定一个对象死亡至少要经过两次标记，如果对象在可达性分析后发现没有与 GC Roots 连接的引用链会被第一次标记，随后进行一次筛选，条件是对象是否有必要执行 finalize 方法。假如对象没有重写该方法或方法已被虚拟机调用，都视为没有必要执行。如果有必要执行，对象会被放置在 F-Queue 队列，由一条低调度优先级的 Finalizer 线程去执行。虚拟机会触发该方法但不保证会结束，这是为了防止某个对象的 finalize 方法执行缓慢或发生死循环。只要对象在 finalize 方法中重新与引用链上的对象建立关联就会在第二次标记时被移出回收集合。由于运行代价高昂且无法保证调用顺序，在 JDK 9 被标记为过时方法，并不适合释放资源。

　　**getClass：**返回包含对象信息的类对象。

　　**wait / notify / notifyAll：**阻塞或唤醒持有该对象锁的线程。

　　Q6：内部类的作用是什么，有哪些分类？

　　内部类可对同一包中其他类隐藏，内部类方法可以访问定义这个内部类的作用域中的数据，包括 private 数据。

　　内部类是一个编译器现象，与虚拟机无关。编译器会把内部类转换成常规的类文件，用 $ 分隔外部类名与内部类名，其中匿名内部类使用数字编号，虚拟机对此一无所知。

　　静态内部类： 属于外部类，只加载一次。作用域仅在包内，可通过 直接访问，类内只能访问外部类所有静态属性和方法。HashMap 的 Node 节点，ReentrantLock 中的 Sync 类，ArrayList 的 SubList 都是静态内部类。内部类中还可以定义内部类，如 ThreadLoacl 静态内部类 ThreadLoaclMap 中定义了内部类 Entry。

　　成员内部类： 属于外部类的每个对象，随对象一起加载。不可以定义静态成员和方法，可访问外部类的所有内容。

　　局部内部类： 定义在方法内，不能声明访问修饰符，只能定义实例成员变量和实例方法，作用范围仅在声明类的代码块中。

　　匿名内部类： 只用一次的没有名字的类，可以简化代码，创建的对象类型相当于 new 的类的子类类型。用于实现事件监听和其他回调。

　　Q7：访问权限控制符有哪些？

　　访问权限控制符本类封装形式包外子类任何地方上市√√√√受保护的√√√×无√√××私人的√×××

　　Q8：接口和抽象类的异同？

　　接口和抽象类对实体类进行更高层次的抽象，仅定义公共行为和特征。语法维度抽象类接口成员变量无特殊要求默认 public static final 常量构造方法有构造方法，不能实例化没有构造方法，不能实例化方法抽象类可以没有抽象方法，但有抽象方法一定是抽象类。默认 public abstract，JDK8 支持默认/静态方法，JDK9 支持私有方法。继承单继承多继承

　　Q9：接口和抽象类应该怎么选择？

　　抽象类体现 is-a 关系，接口体现 can-do 关系。与接口相比，抽象类通常是对同类事物相对具体的抽象。

　　抽象类是模板式设计，包含一组具体特征，例如某汽车，底盘、控制电路等是抽象出来的共同特征，但内饰、显示屏、座椅材质可以根据不同级别配置存在不同实现。

　　接口是契约式设计，是开放的，定义了方法名、参数、返回值、抛出的异常类型，谁都可以实现它，但必须遵守接口的约定。例如所有车辆都必须实现刹车这种强制规范。

　　接口是顶级类，抽象类在接口下面的第二层，对接口进行了组合，然后实现部分接口。当纠结定义接口和抽象类时，推荐定义为接口，遵循接口隔离原则，按维度划分成多个接口，再利用抽象类去实现这些，方便后续的扩展和重构。

　　例如 Plane 和 Bird 都有 fly 方法，应把 fly 定义为接口，而不是抽象类的抽象方法再继承，因为除了 fly 行为外 Plane 和 Bird 间很难再找到其他共同特征。

　　Q10：子类初始化的顺序

　　① 父类静态代码块和静态变量。② 子类静态代码块和静态变量。③ 父类普通代码块和普通变量。④ 父类构造方法。⑤ 子类普通代码块和普通变量。⑥ 子类构造方法。

　　集合 7

　　Q1：说一说 ArrayList

　　ArrayList 是容量可变的非线程安全列表，使用数组实现，集合扩容时会创建更大的数组，把原有数组复制到新数组。支持对元素的快速随机访问，但插入与删除速度很慢。ArrayList 实现了 RandomAcess 标记接口，如果一个类实现了该接口，那么表示使用索引遍历比迭代器更快。

　　elementData是 ArrayList 的数据域，被 transient 修饰，序列化时会调用 writeObject 写入流，反序列化时调用 readObject 重新赋值到新对象的 elementData。原因是 elementData 容量通常大于实际存储元素的数量，所以只需发送真正有实际值的数组元素。

　　size 是当前实际大小，elementData 大小大于等于 size。

　　**modCount **记录了 ArrayList 结构性变化的次数，继承自 AbstractList。所有涉及结构变化的方法都会增加该值。expectedModCount 是迭代器初始化时记录的 modCount 值，每次访问新元素时都会检查 modCount 和 expectedModCount 是否相等，不相等就会抛出异常。这种机制叫做 fail-fast，所有集合类都有这种机制。

　　Q2：说一说 LinkedList

　　LinkedList 本质是双向链表，与 ArrayList 相比插入和删除速度更快，但随机访问元素很慢。除继承 AbstractList 外还实现了 Deque 接口，这个接口具有队列和栈的性质。成员变量被 transient 修饰，原理和 ArrayList 类似。

　　LinkedList 包含三个重要的成员：size、first 和 last。size 是双向链表中节点的个数，first 和 last 分别指向首尾节点的引用。

　　LinkedList 的优点在于可以将零散的内存单元通过附加引用的方式关联起来，形成按链路顺序查找的线性结构，内存利用率较高。

　　Q3：Set 有什么特点，有哪些实现？

　　Set 不允许元素重复且无序，常用实现有 HashSet、LinkedHashSet 和 TreeSet。

　　HashSet 通过 HashMap 实现，HashMap 的 Key 即 HashSet 存储的元素，所有 Key 都使用相同的 Value ，一个名为 PRESENT 的 Object 类型常量。使用 Key 保证元素唯一性，但不保证有序性。由于 HashSet 是 HashMap 实现的，因此线程不安全。

　　HashSet 判断元素是否相同时，对于包装类型直接按值比较。对于引用类型先比较 hashCode 是否相同，不同则代表不是同一个对象，相同则继续比较 equals，都相同才是同一个对象。

　　LinkedHashSet 继承自 HashSet，通过 LinkedHashMap 实现，使用双向链表维护元素插入顺序。

　　TreeSet 通过 TreeMap 实现的，添加元素到集合时按照比较规则将其插入合适的位置，保证插入后的集合仍然有序。

　　Q4：TreeMap 有什么特点？

　　TreeMap 基于红黑树实现，增删改查的平均和最差时间复杂度均为 O(logñ) ，最大特点是 Key 有序。Key 必须实现 Comparable 接口或提供的 Comparator 比较器，所以 Key 不允许为 null。

　　HashMap 依靠 和 去重，而 TreeMap 依靠 Comparable 或 Comparator。TreeMap 排序时，如果比较器不为空就会优先使用比较器的 方法，否则使用 Key 实现的 Comparable 的 方法，两者都不满足会抛出异常。

　　TreeMap 通过 和 实现增加和删除树节点。插入新节点的规则有三个：① 需要调整的新节点总是红色的。② 如果插入新节点的父节点是黑色的，不需要调整。③ 如果插入新节点的父节点是红色的，由于红黑树不能出现相邻红色，进入循环判断，通过重新着色或左右旋转来调整。TreeMap 的插入操作就是按照 Key 的对比往下遍历，大于节点值向右查找，小于向左查找，先按照二叉查找树的特性操作，后续会重新着色和旋转，保持红黑树的特性。

　　Q5：HashMap 有什么特点？

　　JDK8 之前底层实现是数组 + 链表，JDK8 改为数组 + 链表/红黑树，节点类型从Entry 变更为 Node。主要成员变量包括存储数据的 table 数组、元素数量 size、加载因子 loadFactor。

　　table 数组记录 HashMap 的数据，每个下标对应一条链表，所有哈希冲突的数据都会被存放到同一条链表，Node/Entry 节点包含四个成员变量：key、value、next 指针和 hash 值。

　　HashMap 中数据以键值对的形式存在，键对应的 hash 值用来计算数组下标，如果两个元素 key 的 hash 值一样，就会发生哈希冲突，被放到同一个链表上，为使查询效率尽可能高，键的 hash 值要尽可能分散。

　　HashMap 默认初始化容量为 16，扩容容量必须是 2 的幂次方、最大容量为 1<< 30 、默认加载因子为 0.75。

　　Q6：HashMap 相关方法的源码？

　　JDK8 之前

　　hash：计算元素 key 的散列值

　　① 处理 String 类型时，调用 方法 hash 值。

　　② 处理其他类型数据时，提供一个相对于 HashMap 实例唯一不变的随机值 hashSeed 作为计算初始量。

　　③ 执行异或和无符号右移使 hash 值更加离散，减激活谷谷主希冲突概率。

　　indexFor：计算元素下标

　　将 hash 值和数组长度-1 进行与操作，保证结果不会超过 table 数组范围。

　　get：元素的 value 值

　　① 如果 key 为 null，调用 方法，如果 size 为 0 表示链表为空，返回 null。如果 size 不为 0 说明存在链表，遍历 table[0] 链表，如果找到了 key 为 null 的节点则返回其 value，否则返回 null。

　　② 如果 key 为 不为 null，调用 方法，如果 size 为 0 表示链表为空，返回 null 值。如果 size 不为 0，首先计算 key 的 hash 值，然后遍历该链表的所有节点，如果节点的 key 和 hash 值都和要查找的元素相同则返回其 Entry 节点。

　　③ 如果找到了对应的 Entry 节点，调用 方法其 value 并返回，否则返回 null。

　　put：添加元素

　　① 如果 key 为 null，直接存入 table[0]。

　　② 如果 key 不为 null，计算 key 的 hash 值。

　　③ 调用 计算元素存放的下标 i。

　　④ 遍历 table[i] 对应的链表，如果 key 已存在，就更新 value 然后返回旧 value。

　　⑤ 如果 key 不存在，将 modCount 值加 1，使用 方法增加一个节点并返回 null。

　　resize：扩容数组

　　① 如果当前容量达到了最大容量，将阈值设置为 Integer 最大值，之后扩容不再触发。

　　② 否则计算新的容量，将阈值设为 和 的较小值。

　　③ 创建一个容量为 newCapacity 的 Entry 数组，调用 方法将旧数组的元素转移到新数组。

　　transfer：转移元素

　　① 遍历旧数组的所有元素，调用 方法判断是否需要哈希重构，如果需要就重新计算元素 key 的 hash 值。

　　② 调用 方法计算元素存放的下标 i，利用头插法将旧数组的元素转移到新数组。

　　JDK8

　　hash：计算元素 key 的散列值

　　如果 key 为 null 返回 0，否则就将 key 的 方法返回值高低16位异或，让尽可能多的位参与运算，让结果的 0 和 1 分布更加均匀，降低哈希冲突概率。

　　put：添加元素

　　① 调用 方法添加元素。

　　② 如果 table 为空或长度为 0 就进行扩容，否则计算元素下标位置，不存在就调用 创建一个节点。

　　③ 如果存在且是链表，如果首节点和待插入元素的 hash 和 key 都一样，更新节点的 value。

　　④ 如果首节点是 TreeNode 类型，调用 方法增加一个树节点，每一次都比较插入节点和当前节点的大小，待插入节点小就往左子树查找，否则往右子树查找，找到空位后执行两个方法： 方法，插入节点并调整平衡、 方法，由于调整平衡后根节点可能变化，需要重置根节点。

　　⑤ 如果都不满足，遍历链表，根据 hash 和 key 判断是否重复，决定更新 value 还是新增节点。如果遍历到了链表末尾则添加节点，如果达到建树阈值 7，还需要调用 把链表重构为红黑树。

　　⑥ 存放元素后将 modCount 加 1，如果 ，调用 扩容。

　　get ：元素的 value 值

　　① 调用 方法 Node 节点，如果不是 null 就返回其 value 值，否则返回 null。

　　② 方法中如果数组不为空且存在元素，先比较第一个节点和要查找元素的 hash 和 key ，如果都相同则直接返回。

　　③ 如果第二个节点是 TreeNode 类型则调用 方法进行查找，否则遍历链表根据 hash 和 key 查找，如果没有找到就返回 null。

　　resize：扩容数组

　　重新规划长度和阈值，如果长度发生了变化，部分数据节点也要重新排列。

　　重新规划长度

　　① 如果当前容量 且达到最大容量，将阈值设为 Integer 最大值，return 终止扩容。

　　② 如果未达到最大容量，当 不超过最大容量就扩大为 2 倍。

　　③ 如果都不满足且当前扩容阈值 ，使用当前扩容阈值作为新容量。

　　④ 否则将新容量置为默认初始容量 16，新扩容阈值置为 12。

　　重新排列数据节点

　　① 如果节点为 null 不进行处理。

　　② 如果节点不为 null 且没有next节点，那么通过节点的 hash 值和 进行与运算计算下标存入新的 table 数组。

　　③ 如果节点为 TreeNode 类型，调用 方法处理，如果节点数 hc 达到6 会调用 方法转回链表。

　　④ 如果是链表节点，需要将链表拆分为 hash 值超出旧容量的链表和未超出容量的链表。对于 的部分不需要做处理，否则需要放到新的下标位置上，新下标 = 旧下标 + 旧容量。

　　Q7：HashMap 为什么线程不安全？

　　JDK7 存在死循环和数据丢失问题。

　　数据丢失：并发赋值被覆盖： 在 方法中，新添加的元素直接放在头部，使元素之后可以被更快访问，但如果两个线程同时执行到此处，会导致其中一个线程的赋值被覆盖。已遍历区间新增元素丢失： 当某个线程在 方法迁移时，其他线程新增的元素可能落在已遍历过的哈希槽上。遍历完成后，table 数组引用指向了 newTable，新增元素丢失。新表被覆盖： 如果 完成，执行了 ，则后续元素就可以在新表上进行插入。但如果多线程同时 ，每个线程都会 new 一个数组，这是线程内的局部对象，线程之间不可见。迁移完成后 的线程会赋值给 table 线程共享变量，可能会覆盖其他线程的操作，在新表中插入的对象都会被丢弃。

　　死循环： 扩容时 调用 使用头插法迁移元素，虽然 newTable 是局部变量，但原先 table 中的 Entry 链表是共享的，问题根源是 Entry 的 next 指针并发修改，某线程还没有将 table 设为 newTable 时用完了 CPU 时间片，导致数据丢失或死循环。

　　JDK8 在 方法中完成扩容，并改用尾插法，不会产生死循环，但并发下仍可能丢失数据。可用 ConcurrentHashMap 或 包装成同步集合。

　　IO风格6

　　Q1：同步/异步/阻塞/非阻塞 IO 的区别？

　　同步和异步是通信机制，阻塞和非阻塞是调用状态。

　　同步 IO 是用户线程发起 IO 请求后需要等待或轮询内核 IO 操作完成后才能继续执行。异步 IO 是用户线程发起 IO 请求后可以继续执行，当内核 IO 操作完成后会通知用户线程，或调用用户线程注册的回调函数。

　　阻塞 IO 是 IO 操作需要彻底完成后才能返回用户空间 。非阻塞 IO 是 IO 操作调用后立即返回一个状态值，无需等 IO 操作彻底完成。

　　Q2：什么是 BIO？

　　BIO 是同步阻塞式 IO，JDK1.4 之前的 IO 模型。服务器实现模式为一个连接请求对应一个线程，服务器需要为每一个客户端请求创建一个线程，如果这个连接不做任何事会造成不必要的线程开销。可以通过线程池改善，这种 IO 称为伪异步 IO。适用连接数目少且服务器资源多的场景。

　　Q3：什么是 NIO？

　　NIO 是 JDK1.4 引入的同步非阻塞 IO。服务器实现模式为多个连接请求对应一个线程，客户端连接请求会注册到一个多路复用器 Selector ，Selector 轮询到连接有 IO 请求时才启动一个线程处理。适用连接数目多且连接时间短的场景。

　　同步是指线程还是要不断接收客户端连接并处理数据，非阻塞是指如果一个管道没有数据，不需要等待，可以轮询下一个管道。

　　核心组件：Selector： 多路复用器，轮询检查多个 Channel 的状态，判断注册事件是否发生，即判断 Channel 是否处于可读或可写状态。使用前需要将 Channel 注册到 Selector，注册后会得到一个 SelectionKey，通过 SelectionKey Channel 和 Selector 相关信息。Channel： 双向通道，替换了 BIO 中的 Stream 流，不能直接访问数据，要通过 Buffer 来读写数据，也可以和其他 Channel 交互。Buffer： 缓冲区，本质是一块可读写数据的内存，用来简化数据读写。Buffer 三个重要属性：position 下次读写数据的位置，limit 本次读写的极限位置，capacity 最大容量。使用步骤：向 Buffer 写数据，调用 flip 方法转为读模式，从 Buffer 中读数据，调用 clear 或 compact 方法清空缓冲区。 将写转为读，底层实现原理把 position 置 0，并把 limit 设为当前的 position 值。 将读转为写模式（用于读完全部数据的情况，把 position 置 0，limit 设为 capacity）。 将读转为写模式（用于存在未读数据的情况，让 position 指向未读数据的下一个）。通道方向和 Buffer 方向相反，读数据相当于向 Buffer 写，写数据相当于从 Buffer 读。

　　Q4：什么是 AIO？

　　AIO 是 JDK7 引入的异步非阻塞 IO。服务器实现模式为一个有效请求对应一个线程，客户端的 IO 请求都是由操作系统先完成 IO 操作后再通知服务器应用来直接使用准备好的数据。适用连接数目多且连接时间长的场景。

　　异步是指服务端线程接收到客户端管道后就交给底层处理IO通信，自己可以做其他事情，非阻塞是指客户端有数据才会处理，处理好再通知服务器。

　　实现方式包括通过 Future 的 方法进行阻塞式调用以及实现 CompletionHandler 接口，重写请求成功的回调方法 和请求失败回调方法 。

　　Q5：http://java.io 包下有哪些流？

　　主要分为字符流和字节流，字符流一般用于文本文件，字节流一般用于图像或其他文件。

　　字符流包括了字符输入流 Reader 和字符输出流 Writer，字节流包括了字节输入流 InputStream 和字节输出流 OutputStream。字符流和字节流都有对应的缓冲流，字节流也可以包装为字符流，缓冲流带有一个 8KB 的缓冲数组，可以提高流的读写效率。除了缓冲流外还有过滤流 FilterReader、字符数组流 CharArrayReader、字节数组流 ByteArrayInputStream、文件流 FileInputStream 等。

　　Q6：序列化和反序列化是什么？

　　Java 对象 JVM 退出时会全部销毁，如果需要将对象及状态持久化，就要通过序列化实现，将内存中的对象保存在二进制流中，需要时再将二进制流反序列化为对象。对象序列化保存的是对象的状态，因此属于类属性的静态变量不会被序列化。

　　常见的序列化有三种：Java 原生序列化实现 标记接口，Java 序列化保留了对象类的元数据（如类、成员变量、继承类信息）以及对象数据，兼容性最好，但不支持跨语言，性能一般。序列化和反序列化必须保持序列化 ID 的一致，一般使用 定义序列化 ID，如果不设置编译器会根据类的内部实现自动生成该值。如果是兼容升级不应该修改序列化 ID，防止出错，如果是不兼容升级则需要修改。Hessian 序列化Hessian 序列化是一种支持动态类型、跨语言、基于对象传输的网络协议。Java 对象序列化的二进制流可以被其它语言反序列化。Hessian 协议的特性：① 自描述序列化类型，不依赖外部描述文件，用一个字节表示常用基础类型，极大缩短二进制流。② 语言无关，支持脚本语言。③ 协议简单，比 Java 原生序列化高效。Hessian 会把复杂对象所有属性存储在一个 Map 中序列化，当父类和子类存在同名成员变量时会先序列化子类再序列化父类，因此子类值会被父类覆盖。JSON 序列化JSON 序列化就是将数据对象转换为 JSON 字符串，在序列化过程中抛弃了类型信息，所以反序列化时只有提供类型信息才能准确进行。相比前两种方式可读性更好，方便调试。

　　序列化通常会使用网络传输对象，而对象中往往有敏感数据，容易遭受攻击，Jackson 和 fastjson 等都出现过反序列化漏洞，因此不需要进行序列化的敏感属性传输时应加上 transient 关键字。transient 的作用就是把变量生命周期仅限于内存而不会写到磁盘里持久化，变量会被设为对应数据类型的零值。

　　JVM 32

　　内存区域划分 8

　　Q1：运行时数据区是什么？

　　虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干不同的数据区，这些区域有各自的用途、创建和销毁时间。

　　线程私有：程序计数器、Java 虚拟机栈、本地方法栈。

　　线程共享：Java 堆、方法区。

　　Q2：程序计数器是什么？

　　程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作当前线程所执行字节码的行号指示器。字节码解释器工作时通过改变计数器的值选取下一条执行指令。分支、循环、跳转、线程恢复等功能都需要依赖计数器完成。是唯一在虚拟机规范中没有规定内存溢出情况的区域。

　　如果线程正在执行 Java 方法，计数器记录正在执行的虚拟机字节码指令地址。如果是本地方法，计数器值为 Undefined。

　　Q3：Java 虚拟机栈的作用？

　　Java 虚拟机栈来描述 Java 方法的内存模型。每当有新线程创建时就会分配一个栈空间，线程结束后栈空间被回收，栈与线程拥有相同的生命周期。栈中元素用于支持虚拟机进行方法调用，每个方法在执行时都会创建一个栈帧存储方法的局部变量表、操作栈、动态链接和方法出口等信息。每个方法从调用到执行完成，就是栈帧从入栈到出栈的过程。

　　有两类异常：① 线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度抛出 StackOverflowError。② 如果 JVM 栈容量可以动态扩展，栈扩展无法申请足够内存抛出 OutOfMemoryError（HotSpot 不可动态扩展，不存在此问题）。

　　Q4：本地方法栈的作用？

　　本地方法栈与虚拟机栈作用相似，不同的是虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法服务，本地方法栈为虚本地方法服务。调用本地方法时虚拟机栈保持不变，动态链接并直接调用指定本地方法。

　　虚拟机规范对本地方法栈中方法的语言与数据结构无强制规定，虚拟机可自由实现，例如 HotSpot 将虚拟机栈和本地方法栈合二为一。

　　本地方法栈在栈深度异常和栈扩展失败时分别抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError。

　　Q5：堆的作用是什么？

　　堆是虚拟机所管理的内存中最大的一块，被所有线程共享的，在虚拟机启动时创建。堆用来存放对象实例，Java 里几乎所有对象实例都在堆分配内存。堆可以处于物理上不连续的内存空间，逻辑上应该连续，但对于例如数组这样的大对象，多数虚拟机实现出于简单、存储高效的考虑会要求连续的内存空间。

　　堆既可以被实现成固定大小，也可以是可扩展的，可通过 和 设置堆的最小和最大容量，当前主流 JVM 都按照可扩展实现。如果堆没有内存完成实例分配也无法扩展，抛出 OutOfMemoryError。

　　Q6：方法区的作用是什么？

　　方法区用于存储被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。

　　JDK8 之前使用永久代实现方法区，容易内存溢出，因为永久代有 上限，即使不设置也有默认大小。JDK7 把放在永久代的字符串常量池、静态变量等移出，JDK8 中永久代完全废弃，改用在本地内存中实现的元空间代替，把 JDK 7 中永久代剩余内容（主要是类型信息）全部移到元空间。

　　虚拟机规范对方法区的约束宽松，除和堆一样不需要连续内存和可选择固定大小/可扩展外，还可以不实现垃圾回收。垃圾回收在方法区出现较少，主要目标针对常量池和类型卸载。如果方法区无法满足新的内存分配需求，将抛出 OutOfMemoryError。

　　Q7：运行时常量池的作用是什么?

　　运行时常量池是方法区的一部分，Class 文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池表，用于存放编译器生成的各种字面量与符号引用，这部分内容在类加载后存放到运行时常量池。一般除了保存 Class 文件中描述的符号引用外，还会把符号引用翻译的直接引用也存储在运行时常量池。

　　运行时常量池相对于 Class 文件常量池的一个重要特征是动态性，Java 不要求常量只有编译期才能产生，运行期间也可以将新的常量放入池中，这种特性利用较多的是 String 的 方法。

　　运行时常量池是方法区的一部分，受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出 OutOfMemoryError。

　　Q8：直接内存是什么？

　　直接内存不属于运行时数据区，也不是虚拟机规范定义的内存区域，但这部分内存被频繁使用，而且可能导致内存溢出。

　　JDK1.4 中新加入了 NIO 这种基于通道与缓冲区的 IO，它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存，通过一个堆里的 DirectByteBuffer 对象作为内存的引用进行操作，避免了在 Java 堆和 Native堆来sigusoft制数据。

　　直接内存的分配不受 Java 堆大小的限制，但还是会受到本机总内存及处理器寻址空间限制，一般配置虚拟机参数时会根据实际内存设置 等参数信息，但经常忽略直接内存，使内存区域总和大于物理内存限制，导致动态扩展时出现 OOM。

　　由直接内存导致的内存溢出，一个明显的特征是在 Heap Dump 文件中不会看见明显的异常，如果发现内存溢出后产生的 Dump 文件很小，而程序中又直接或间接使用了直接内存（典型的间接使用就是 NIO），那么就可以考虑检查直接内存方面的原因。

　　内存溢出 5

　　Q1：内存溢出和内存泄漏的区别？

　　内存溢出 OutOfMemory，指程序在申请内存时，没有足够的内存空间供其使用。

　　内存泄露 Memory Leak，指程序在申请内存后，无法释放已申请的内存空间，内存泄漏最终将导致内存溢出。

　　Q2：堆溢出的原因？

　　堆用于存储对象实例，只要不断创建对象并保证 GC Roots 到对象有可达路径避免垃圾回收，随着对象数量的增加，总容量触及最大堆容量后就会 OOM，例如在 while 死循环中一直 new 创建实例。

　　堆 OOM 是实际应用中最常见的 OOM，处理方法是通过内存映像分析工具对 Dump 出的堆转储快照分析，确认内存中导致 OOM 的对象是否必要，分清到底是内存泄漏还是内存溢出。

　　如果是内存泄漏，通过工具查看泄漏对象到 GC Roots 的引用链，找到泄露对象是通过怎样的引用路径、与哪些 GC Roots 关联才导致无法回收，一般可以准确定位到产生内存泄漏代码的具***置。

　　如果不是内存泄漏，即内存中对象都必须存活，应当检查 JVM 堆参数，与机器内存相比是否还有向上调整的空间。再从代码检查是否存在某些对象生命周期过长、持有状态时间过长、存储结构设计不合理等情况，尽量减少程序运行期的内存消耗。

　　Q3：栈溢出的原因？

　　由于 HotSpot 不区分虚拟机和本地方法栈，设置本地方法栈大小的参数没有意义，栈容量只能由 参数来设定，存在两种异常：

　　StackOverflowError： 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出 StackOverflowError，例如一个递归方法不断调用自己。该异常有明确错误堆栈可供分析，容易定位到问题所在。

　　OutOfMemoryError： 如果 JVM 栈可以动态扩展，当扩展无法申请到足够内存时会抛出 OutOfMemoryError。HotSpot 不支持虚拟机栈扩展，所以除非在创建线程申请内存时就因无法获得足够内存而出现 OOM，否则在线程运行时是不会因为扩展而导致溢出的。

　　Q4：运行时常量池溢出的原因？

　　String 的 方法是一个本地方法，作用是如果字符串常量池中已包含一个等于此 String 对象的字符串，则返回池中这个字符串的 String 对象的引用，否则将此 String 对象包含的字符串添加到常量池并返回此 String 对象的引用。

　　在 JDK6 及之前常量池分配在永久代，因此可以通过 和 限制永久代大小，间接限制常量池。在 while 死循环中调用 方法导致运行时常量池溢出。在 JDK7 后不会出现该问题，因为存放在永久代的字符串常量池已经被移至堆中。

　　Q5：方法区溢出的原因？

　　方法区主要存放类型信息，如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。只要不断在运行时产生大量类，方法区就会溢出。例如使用 JDK 反射或 CGLib 直接操作字节码在运行时生成大量的类。很多框架如 Spring、Hibernate 等对类增强时都会使用 CGLib 这类字节码技术，增强的类越多就需要越大的方法区保证动态生成的新类型可以载入内存，也就更容易导致方法区溢出。

　　JDK8 使用元空间取代永久代，HotSpot 提供了一些参数作为元空间防御措施，例如 指定元空间初始大小，达到该值会触发 GC 进行类型卸载，同时收集器会对该值进行调整，如果释放大量空间就适当降低该值，如果释放很少空间就适当提高。

　　创建对象 5

　　Q1：创建对象的过程是什么？

　　字节码角度NEW： 如果找不到 Class 对象则进行类加载。加载成功后在堆中分配内存，从 Object 到本类路径上的所有属性都要分配。分配完毕后进行零值设置。最后将指向实例对象的引用变量压入虚拟机栈顶。**DUP：** 在栈顶复制引用变量，这时栈顶有两个指向堆内实例的引用变量。两个引用变量的目的不同，栈底的引用用于赋值或保存局部变量表，栈顶的引用作为句柄调用相关方法。INVOKESPECIAL： 通过栈顶的引用变量调用 init 方法。

　　执行角度

　　① 当 JVM 遇到字节码 new 指令时，首先将检查该指令的参数能否在常量池中定位到一个类的符号引用，并检查引用代表的类是否已被加载、解析和初始化，如果没有就先执行类加载。

　　② 在类加载检查通过后虚拟机将为新生对象分配内存。

　　③ 内存分配完成后虚拟机将成员变量设为零值，保证对象的实例字段可以不赋初值就使用。

　　④ 设置对象头，包括哈希码、GC 信息、锁信息、对象所属类的类元信息等。

　　⑤ 执行 init 方法，初始化成员变量，执行实例化代码块，调用类的构造方法，并把堆内对象的首地址赋值给引用变量。

　　Q2：对象分配内存的方式有哪些？

　　对象所需内存大小在类加载完成后便可完全确定，分配空间的任务实际上等于把一块确定大小的内存块从 Java 堆中划分出来。

　　指针碰撞： 假设 Java 堆内存规整，被使用过的内存放在一边，空闲的放在另一边，中间放着一个指针作为分界指示器，分配内存就是把指针向空闲方向挪动一段与对象大小相等的距离。

　　空闲列表： 如果 Java 堆内存不规整，虚拟机必须维护一个列表记录哪些内存可用，在分配时从列表中找到一块足够大的空间划分给对象并更新列表记录。

　　选择哪种分配方式由堆是否规整决定，堆是否规整由垃圾收集器是否有空间压缩能力决定。使用 Serial、ParNew 等收集器时，系统采用指针碰撞；使用 CMS 这种基于清除算法的垃圾收集器时，采用空间列表。

　　Q3：对象分配内存是否线程安全？

　　对象创建十分频繁，即使修改一个指针的位置在并发下也不是线程安全的，可能正给对象 A 分配内存，指针还没来得及修改，对象 B 又使用了指针来分配内存。

　　解决方法：① CAS 加失败重试保证更新原子性。② 把内存分配按线程划分在不同空间，即每个线程在 Java 堆中预先分配一小块内存，叫做本地线程分配缓冲 TLAB，哪个线程要分配内存就在对应的 TLAB 分配，TLAB 用完了再进行同步。

　　Q4：对象的内存布局了解吗？

　　对象在堆内存的存储布局可分为对象头、实例数据和对齐填充。

　　对象头占 12B，包括对象标记和类型指针。对象标记存储对象自身的运行时数据，如哈希码、GC 分代年龄、锁标志、偏向线程 ID 等，这部分占 8B，称为 Mark Word。Mark Word 被设计为动态数据结构，以便在极小的空间存储更多数据，根据对象状态复用存储空间。

　　类型指针是对象指向它的类型元数据的指针，占 4B。JVM 通过该指针来确定对象是哪个类的实例。

　　实例数据是对象真正存储的有效信息，即本类对象的实例成员变量和所有可见的父类成员变量。存储顺序会受到虚拟机分配策略参数和字段在源码中定义顺序的影响。相同宽度的字段总是被分配到一起存放，在满足该前提条件的情况下父类中定义的变量会出现在子类之前。

　　对齐填充不是必然存在的，仅起占位符作用。虚拟机的自动内存管理系统要求任何对象的大小必须是 8B 的倍数，对象头已被设为 8B 的 1 或 2 倍，如果对象实例数据部分没有对齐，需要对齐填充补全。

　　Q5：对象的访问方式有哪些？

　　Java 程序会通过栈上的 reference 引用操作堆对象，访问方式由虚拟机决定，主流访问方式主要有句柄和直接指针。

　　句柄： 堆会划分出一块内存作为句柄池，reference 中存储对象的句柄地址，句柄包含对象实例数据与类型数据的地址信息。优点是 reference 中存储的是稳定句柄地址，在 GC 过程中对象被移动时只会改变句柄的实例数据指针，而 reference 本身不需要修改。

　　直接指针： 堆中对象的内存布局就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，reference 存储对象地址，如果只是访问对象本身就不需要多一次间接访问的开销。优点是速度更快，节省了一次指针定位的时间开销，HotSpot 主要使用直接指针进行对象访问。

　　垃圾回收 7

　　Q1：如何判断对象是否是垃圾？

　　**引用计数：**在对象中添加一个引用计数器，如果被引用计数器加 1，引用失效时计数器减 1，如果计数器为 0 则被标记为垃圾。原理简单，效率高，但是在 Java 中很少使用，因为存在对象间循环引用的问题，导致计数器无法清零。

　　**可达性分析：**主流语言的内存管理都使用可达性分析判断对象是否存活。基本思路是通过一系列称为 GC Roots 的根对象作为起始节点集，从这些节点开始，根据引用关系向下搜索，搜索过程走过的路径称为引用链，如果某个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连，则会被标记为垃圾。可作为 GC Roots 的对象包括虚拟机栈和本地方法栈中引用的对象、类静态属性引用的对象、常量引用的对象。

　　Q2：Java 的引用有哪些类型？

　　JDK1.2 后对引用进行了扩充，按强度分为四种：

　　强引用： 最常见的引用，例如 就属于强引用。只要对象有强引用指向且 GC Roots 可达，在内存回收时即使濒临内存耗尽也不会被回收。

　　软引用： 弱于强引用，描述非必需对象。在系统将发生内存溢出前，会把软引用关联的对象加入回收范围以获得更多内存空间。用来缓存服务器中间计算结果及不需要实时保存的用户行为等。

　　弱引用： 弱于软引用，描述非必需对象。弱引用关联的对象只能生存到下次 YGC 前，当垃圾收集器开始工作时无论当前内存是否足够都会回收只被弱引用关联的对象。由于 YGC 具有不确定性，因此弱引用何时被回收也不确定。

　　虚引用： 最弱的引用，定义完成后无法通过该引用对象。唯一目的就是为了能在对象被回收时收到一个系统通知。虚引用必须与引用队列联合使用，垃圾回收时如果出现虚引用，就会在回收对象前把这个虚引用加入引用队列。

　　Q3：有哪些 GC 算法？

　　标记-清除算法

　　分为标记和清除阶段，首先从每个 GC Roots 出发依次标记有引用关系的对象，最后清除没有标记的对象。

　　执行效率不稳定，如果堆包含大量对象且大部分需要回收，必须进行大量标记清除，导致效率随对象数量增长而降低。

　　存在内存空间碎片化问题，会产生大量不连续的内存碎片，导致以后需要分配大对象时容易触发 Full GC。

　　标记-复制算法

　　为了解决内存碎片问题，将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中一块。当使用的这块空间用完了，就将存活对象复制到另一块，再把已使用过的内存空间一次清理掉。主要用于进行新生代。

　　实现简单、运行高效，解决了内存碎片问题。代价是可用内存缩小为原来的一半，浪费空间。

　　HotSpot 把新生代划分为一块较大的 Eden 和两块较小的 Survivor，每次分配内存只使用 Eden 和其中一块 Survivor。垃圾收集时将 Eden 和 Survivor 中仍然存活的对象一次性复制到另一块 Survivor 上，然后直接清理掉 Eden 和已用过的那块 Survivor。HotSpot 默认Eden 和 Survivor 的大小比例是 8:1，即每次新生代中可用空间为整个新生代的 90%。

　　标记-整理算法

　　标记-复制算法在对象存活率高时要进行较多复制操作，效率低。如果不想浪费空间，就需要有额外空间分配担保，应对被使用内存中所有对象都存活的极端情况，所以老年代一般不使用此算法。

　　老年代使用标记-整理算法，标记过程与标记-清除算法一样，但不直接清理可回收对象，而是让所有存活对象都向内存空间一端移动，然后清理掉边界以外的内存。

　　标记-清除与标记-整理的差异在于前者是一种非移动式算法而后者是移动式的。如果移动存活对象，尤其是在老年代这种每次回收都有大量对象存活的区域，是一种极为负重的操作，而且移动必须全程暂停用户线程。如果不移动对象就会导致空间碎片问题，只能依赖更复杂的内存分配器和访问器解决。

　　Q4：你知道哪些垃圾收集器？

　　序列号

　　最基础的收集器，使用复制算法、单线程工作，只用一个处理器或一条线程完成垃圾收集，进行垃圾收集时必须暂停其他所有工作线程。

　　Serial 是虚拟机在客户端模式的默认新生代收集器，简单高效，对于内存受限的环境它是所有收集器中额外内存消耗最小的，对于处理器核心较少的环境，Serial 由于没有线程交互开销，可获得最高的单线程收集效率。

　　新品

　　Serial 的多线程版本，除了使用多线程进行垃圾收集外其余行为完全一致。

　　ParNew 是虚拟机在服务端模式的默认新生代收集器，一个重要原因是除了 Serial 外只有它能与 CMS 配合。自从 JDK 9 开始，ParNew 加 CMS 不再是官方推荐的解决方案，官方希望它被 G1 取代。

　　并行清理

　　新生代收集器，基于复制算法，是可并行的多线程收集器，与 ParNew 类似。

　　特点是它的点与其他收集器不同，Parallel Scavenge 的目标是达到一个可控制的吞吐量，吞吐量就是处理器用于运行用户代码的时间与处理器消耗总时间的比值。

　　串行旧

　　Serial 的老年代版本，单线程工作，使用标记-整理算法。

　　Serial Old 是虚拟机在客户端模式的默认老年代收集器，用于服务端有两种用途：① JDK5 及之前与 Parallel Scavenge 搭配。② 作为CMS 失败预案。

　　平行老

　　Parallel Scavenge 的老年代版本，支持多线程，基于标记-整理算法。JDK6 提供，注重吞吐量可考虑 Parallel Scavenge 加 Parallel Old。

　　不育系

　　以最短回收停顿时间为目标，基于标记-清除算法，过程相对复杂，分为四个步骤：初始标记、并发标记、重新标记、并发清除。

　　初始标记和重新标记需要 STW（Stop The World，系统停顿），初始标记仅是标记 GC Roots 能直接关联的对象，速度很快。并发标记从 GC Roots 的直接关联对象开始遍历整个对象图，耗时较长但不需要停顿用户线程。重新标记则是为了修正并发标记期间因用户程序运作而导致标记产生变动的那部分记录。并发清除清理标记阶段判断的已死亡对象，不需要移动存活对象，该阶段也可与用户线程并发。

　　缺点：① 对处理器资源敏感，并发阶段虽然不会导致用户线程暂停，但会降低吞吐量。② 无法处理浮动垃圾，有可能出现并发失败而导致 Full GC。③ 基于标记-清除算法，产生空间碎片。

　　G1

　　开创了收集器面向局部收集的设计思路和基于 Region 的内存布局，主要面向服务端，最初设计目标是替换 CMS。

　　G1 之前的收集器，垃圾收集目标要么是整个新生代，要么是整个老年代或整个堆。而 G1 可面向堆任何部分来组成回收集进行回收，衡量标准不再是分代，而是哪块内存中存放的垃圾数量最多，回收受益最大。

　　跟踪各 Region 里垃圾的价值，价值即回收所获空间大小以及回收所需时间的经验值，在后台维护一个优先级列表，每次根据用户设定允许的收集停顿时间优先处理回收价值最大的 Region。这种方式保证了 G1 在有限时间内尽可能高的收集效率。

　　G1 运作过程：**初始标记：**标记 GC Roots 能直接关联到的对象，让下一阶段用户线程并发运行时能正确地在可用 Region 中分配新对象。需要 STW 但耗时很短，在 Minor GC 时同步完成。**并发标记：**从 GC Roots 开始对堆中对象进行可达性分析，递归扫描整个堆的对象图。耗时长但可与用户线程并发，扫描完成后要重新处理 SATB 记录的在并发时有变动的对象。**最终标记：**对用户线程做短暂暂停，处理并发阶段结束后仍遗留下来的少量 SATB 记录。**筛选回收：**对各 Region 的回收价值排序，根据用户期望停顿时间制定回收计划。必须暂停用户线程，由多条收集线程并行完成。

　　可由用户指定期望停顿时间是 G1 的一个强大功能，但该值不能设得太低，一般设置为100~300 ms。

　　Q5：ZGC 了解吗？

　　JDK11 中加入的具有实验性质的低延迟垃圾收集器，目标是尽可能在不影响吞吐量的前提下，实现在任意堆内存大小都可以把停顿时间限制在 10ms 以内的低延迟。

　　基于 Region 内存布局，不设分代，使用了读屏障、染色指针和内存多重映射等技术实现可并发的标记-整理，以低延迟为首要目标。

　　ZGC 的 Region 具有动态性，是动态创建和销毁的，并且容量大小也是动态变化的。

　　Q6：你知道哪些内存分配与回收策略？

　　对象优先在 Eden 区分配

　　大多数情况下对象在新生代 Eden 区分配，当 Eden 没有足够空间时将发起一次 Minor GC。

　　大对象直接进入老年代

　　大对象指需要大量连续内存空间的对象，典型是很长的字符串或数量庞大的数组。大对象容易导致内存还有不少空间就提前触发垃圾收集以获得足够的连续空间。

　　HotSpot 提供了 参数，大于该值的对象直接在老年代分配，避免在 Eden 和 Survivor 间来sigusoft制。

　　长期存活对象进入老年代

　　虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄计数器，存储在对象头。如果经历过第一次 Minor GC 仍然存活且能被 Survivor 容纳，该对象就会被移动到 Survivor 中并将年龄设置为 1。对象在 Survivor 中每熬过一次 Minor GC 年龄就加 1 ，当增加到一定程度（默认15）就会被晋升到老年代。对象晋升老年代的阈值可通过 设置。

　　动态对象年龄判定

　　为了适应不同内存状况，虚拟机不要求对象年龄达到阈值才能晋升老年代，如果在 Survivor 中相同年龄所有对象大小的总和大于 Survivor 的一半，年龄不小于该年龄的对象就可以直接进入老年代。

　　空间分配担保

　　MinorGC 前虚拟机必须检查老年代最大可用连续空间是否大于新生代对象总空间，如果满足则说明这次 Minor GC 确定安全。

　　如果不满足，虚拟机会查看 参数是否允许担保失败，如果允许会继续检查老年代最大可用连续空间是否大于历次晋升老年代对象的平均大小，如果满足将冒险尝试一次 Minor GC，否则改成一次 FullGC。

　　冒险是因为新生代使用复制算法，为了内存利用率只使用一个 Survivor，大量对象在 Minor GC 后仍然存活时，需要老年代进行分配担保，接收 Survivor 无法容纳的对象。

　　Q7：你知道哪些故障处理工具？

　　jps：虚拟机进程状况工具

　　功能和 ps 命令类似：可以列出正在运行的虚拟机进程，显示虚拟机执行主类名称以及这些进程的本地虚拟机唯一 ID（LVMID)。LVMID 与操作系统的进程 ID（PID）一致，使用 Windows 的任务管理器或 UNIX 的 ps 命令也可以查询到虚拟机进程的 LVMID，但如果同时启动了多个虚拟机进程，必须依赖 jps 命令。

　　jstat：虚拟机统计信息监视工具

　　用于监视虚拟机各种运行状态信息。可以显示本地或远程虚拟机进程中的类加载、内存、垃圾收集、即时编译器等运行时数据，在没有 GUI 界面的服务器上是运行期定位虚拟机性能问题的常用工具。

　　参数含义：S0 和 S1 表示两个 Survivor，E 表示新生代，O 表示老年代，YGC 表示 Young GC 次数，YGCT 表示 Young GC 耗时，FGC 表示 Full GC 次数，FGCT 表示 Full GC 耗时，GCT 表示 GC 总耗时。

　　jinfo：Java 配置信息工具

　　实时查看和调整虚拟机各项参数，使用 jps 的 -v 参数可以查看虚拟机启动时显式指定的参数，但如果想知道未显式指定的参数值只能使用 jinfo 的 -flag 查询。

　　jmap：Java 内存映像工具

　　用于生成堆转储快照，还可以查询 finalize 执行队列、Java 堆和方法区的详细信息，如空间使用率，当前使用的是哪种收集器等。和 jinfo 一样，部分功能在 Windows 受限，除了生成堆转储快照的 -dump 和查看每个类实例的 -histo 外，其余选项只能在 Linux 使用。

　　jhat：虚拟机堆转储快照分析工具

　　JDK 提供 jhat 与 jmap 搭配使用分析 jmap 生成的堆转储快照。jhat 内置了一个微型的 HTTP/Web 服务器，生成堆转储快照的分析结果后可以在浏览器查看。

　　jstack：Java 堆栈跟踪工具

　　用于生成虚拟机当前时刻的线程快照。线程快照就是当前虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合，生成线程快照的目的通常是定位线程出现长时间停顿的原因，如线程间死锁、死循环、请求外部资源导致的长时间挂起等。线程出现停顿时通过 jstack 查看各个线程的调用堆栈，可以获知没有响应的线程在后台做什么或等什么资源。

　　类加载机制 7

　　Q1：Java 程序是怎样运行的？

　　首先通过 Javac 编译器将 转为 JVM 可加载的 字节码文件。Javac 是由 Java 编写的程序，编译过程可以分为：① 词法解析，通过空格分割出单词、操作符、控制符等信息，形成 token 信息流，传递给语法解析器。② 语法解析，把 token 信息流按照 Java 语法规则组装成语法树。③ 语义分析，检查关键字使用是否合理、类型是否匹配、作用域是否正确等。④ 字节码生成，将前面各个步骤的信息转换为字节码。字节码必须通过类加载过程加载到 JVM 后才可以执行，执行有三种模式，解释执行、JIT 编译执行、JIT 编译与解释器混合执行（主流 JVM 默认执行的方式）。混合模式的优势在于解释器在启动时先解释执行，省去编译时间。之后通过即时编译器 JIT 把字节码文件编译成本地机器码。Java 程序最初都是通过解释器进行解释执行的，当虚拟机发现某个方法或代码块的运行特别频繁，就会认定其为"热点代码"，热点代码的检测主要有基于采样和基于计数器两种方式，为了提高热点代码的执行效率，虚拟机会把它们编译成本地机器码，尽可能对代码优化，在运行时完成这个任务的后端编译器被称为即时编译器。还可以通过静态的提前编译器 AOT 直接把程序编译成与目标机器指令集相关的二进制代码。

　　Q2：类加载是什么？

　　Class 文件中描述的各类信息都需要加载到虚拟机后才能使用。JVM 把描述类的数据从 Class 文件加载到内存，并对数据进行校验、解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的 Java 类型，这个过程称为虚拟机的类加载机制。

　　与编译时需要连接的语言不同，Java 中类型的加载、连接和初始化都是在运行期间完成的，这增加了性能开销，但却提供了极高的扩展性，Java 动态扩展的语言特性就是依赖运行期动态加载和连接实现的。

　　一个类型从被加载到虚拟机内存开始，到卸载出内存为止，整个生命周期经历加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载七个阶段，其中验证、解析和初始化三个部分称为连接。加载、验证、准备、初始化阶段的顺序是确定的，解析则不一定：可能在初始化之后再开始，这是为了支持 Java 的动态绑定。

　　Q3：类初始化的情况有哪些？

　　① 遇到 、、 或 字节码指令时，还未初始化。典型场景包括 new 实例化对象、读取或设置静态字段、调用静态方法。

　　② 对类反射调用时，还未初始化。

　　③ 初始化类时，父类还未初始化。

　　④ 虚拟机启动时，会先初始化包含 main 方法的主类。

　　⑤ 使用 JDK7 的动态语言支持时，如果 MethodHandle 实例的解析结果为指定类型的方法句柄且句柄对应的类还未初始化。

　　⑥ 接口定义了默认方法，如果接口的实现类初始化，接口要在其之前初始化。

　　其余所有引用类型的方式都不会触发初始化，称为被动引用。被动引用实例：① 子类使用父类的静态字段时，只有父类被初始化。② 通过数组定义使用类。③ 常量在编译期会存入调用类的常量池，不会初始化定义常量的类。

　　接口和类加载过程的区别：初始化类时如果父类没有初始化需要初始化父类，但接口初始化时不要求父接口初始化，只有在真正使用父接口时（如引用接口中定义的常量）才会初始化。

　　Q4：类加载的过程是什么？

　　加载

　　该阶段虚拟机需要完成三件事：① 通过一个类的全限定类名定义类的二进制字节流。② 将字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据区。③ 在内存中生成对应该类的 Class 实例，作为方法区这个类的数据访问入口。

　　验证

　　确保 Class 文件的字节流符合约束。如果虚拟机不检查输入的字节流，可能因为载入有错误或恶意企图的字节流而导致系统受攻击。验证主要包含四个阶段：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。

　　验证重要但非必需，因为只有通过与否的区别，通过后对程序运行期没有任何影响。如果代码已被反复使用和验证过，在生产环境就可以考虑关闭大部分验证缩短类加载时间。

　　准备

　　为类静态变量分配内存并设置零值，该阶段进行的内存分配仅包括类变量，不包括实例变量。如果变量被 final 修饰，编译时 Javac 会为变量生成 ConstantValue 属性，准备阶段虚拟机会将变量值设为代码值。

　　解析

　　将常量池内的符号引用替换为直接引用。

　　符号引用以一组符号描述引用目标，可以是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位目标即可。与虚拟机内存布局无关，引用目标不一定已经加载到虚拟机内存。

　　直接引用是可以直接指向目标的指针、相对偏移量或能间接定位到目标的句柄。和虚拟机的内存布局相关，引用目标必须已在虚拟机的内存中存在。

　　初始化

　　直到该阶段 JVM 才开始执行类中编写的代码。准备阶段时变量赋过零值，初始化阶段会根据程序员的编码去初始化类变量和其他资源。初始化阶段就是执行类构造方法中的 “ 方法，该方法是 Javac 自动生成的。

　　Q5：有哪些类加载器？

　　自 JDK1.2 起 Java 一直保持三层类加载器：启动类加载器在 JVM 启动时创建，负责加载最核心的类，例如 Object、System 等。无法被程序直接引用，如果需要把加载委派给启动类加载器，直接使用 null 代替即可，因为启动类加载器通常由操作系统实现，并不存在于 JVM 体系。平台类加载器从 JDK9 开始从扩展类加载器更换为平台类加载器，负载加载一些扩展的系统类，比如 XML、加密、压缩相关的功能类等。应用类加载器也称系统类加载器，负责加载用户类路径上的类库，可以直接在代码中使用。如果没有自定义类加载器，一般情况下应用类加载器就是默认的类加载器。自定义类加载器通过继承 ClassLoader 并重写 方法实现。

　　Q6：双亲委派模型是什么？

　　类加载器具有等级制度但非继承关系，以组合的方式复用父加载器的功能。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余类加载器都应该有自己的父加载器。

　　一个类加载器收到了类加载请求，它不会自己去尝试加载，而将该请求委派给父加载器，每层的类加载器都是如此，因此所有加载请求最终都应该传送到启动类加载器，只有当父加载器反馈无法完成请求时，子加载器才会尝试。

　　类跟随它的加载器一起具备了有优先级的层次关系，确保某个类在各个类加载器环境中都是同一个，保证程序的稳定性。

　　Q7：如何判断两个类是否相等？

　　任意一个类都必须由类加载器和这个类本身共同确立其在虚拟机中的唯一性。

　　两个类只有由同一类加载器加载才有比较意义，否则即使两个类来源于同一个 Class 文件，被同一个 JVM 加载，只要类加载器不同，这两个类就必定不相等。

　　JMM 8

　　Q1：JMM 的作用是什么？

　　Java 线程的通信由 JMM 控制，JMM 的主要目的是定义程序中各种变量的访问规则。变量包括实例字段、静态字段，但不包括局部变量与方法参数，因为它们是线程私有的，不存在多线程竞争。JMM 遵循一个基本原则：只要不改变程序执行结果，编译器和处理器怎么优化都行。例如编译器分析某个锁只会单线程访问就消除锁，某个 volatile 变量只会单线程访问就把它当作普通变量。

　　JMM 规定所有变量都存储在主内存，每条线程有自己的工作内存，工作内存中保存被该线程使用的变量的主内存副本，线程对变量的所有操作都必须在工作空间进行，不能直接读写主内存数据。不同线程间无法直接访问对方工作内存中的变量，线程通信必须经过主内存。

　　关于主内存与工作内存的交互，即变量如何从主内存拷贝到工作内存、从工作内存同步回主内存，JMM 定义了 8 种原子操作：操作作用变量范围作用锁主内存把变量标识为线程独占状态开锁主内存释放处于锁定状态的变量读主内存把变量值从主内存传到工作内存加载工作内存把 read 得到的值放入工作内存的变量副本用户工作内存把工作内存中的变量值传给执行引擎分配工作内存把从执行引擎接收的值赋给工作内存变量商店工作内存把工作内存的变量值传到主内存写主内存把 store 取到的变量值放入主内存变量中

　　Q2：as-if-serial 是什么？

　　不管怎么重排序，单线程程序的执行结果不能改变，编译器和处理器必须遵循 as-if-serial 语义。

　　为了遵循 as-if-serial，编译器和处理器不会对存在数据依赖关系的操作重排序，因为这种重排序会改变执行结果。但是如果操作之间不存在数据依赖关系，这些操作就可能被编译器和处理器重排序。

　　as-if-serial 把单线程程序保护起来，给程序员一种幻觉：单线程程序是按程序的顺序执行的。

　　Q3：happens-before 是什么？

　　先行发生原则，JMM 定义的两项操作间的偏序关系，是判断数据是否存在竞争的重要手段。

　　JMM 将 happens-before 要求禁止的重排序按是否会改变程序执行结果分为两类。对于会改变结果的重排序 JMM 要求编译器和处理器必须禁止，对于不会改变结果的重排序，JMM 不做要求。

　　JMM 存在一些天然的 happens-before 关系，无需任何同步器协助就已经存在。如果两个操作的关系不在此列，并且无法从这些规则推导出来，它们就没有顺序性保障，虚拟机可以对它们随意进行重排序。**程序次序规则：**一个线程内写在前面的操作先行发生于后面的。管程锁定规则： unlock 操作先行发生于后面对同一个锁的 lock 操作。**volatile 规则：**对 volatile 变量的写操作先行发生于后面的读操作。**线程启动规则：**线程的 方法先行发生于线程的每个动作。**线程终止规则：**线程中所有操作先行发生于对线程的终止检测。**对象终结规则：**对象的初始化先行发生于 方法。**传递性：**如果操作 A 先行发生于操作 B，操作 B 先行发生于操作 C，那么操作 A 先行发生于操作 C 。

　　Q4：as-if-serial 和 happens-before 有什么区别？

　　as-if-serial 保证单线程程序的执行结果不变，happens-before 保证正确同步的多线程程序的执行结果不变。

　　这两种语义的目的都是为了在不改变程序执行结果的前提下尽可能提高程序执行并行度。

　　Q5：什么是指令重排序？

　　为了提高性能，编译器和处理器通常会对指令进行重排序，重排序指从源代码到指令序列的重排序，分为三种：① 编译器优化的重排序，编译器在不改变单线程程序语义的前提下可以重排语句的执行顺序。② 指令级并行的重排序，如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序。③ 内存系统的重排序。

　　Q6：原子性、可见性、有序性分别是什么？

　　原子性

　　基本数据类型的访问都具备原子性，例外就是 long 和 double，虚拟机将没有被 volatile 修饰的 64 位数据操作划分为两次 32 位操作。

　　如果应用场景需要更大范围的原子性保证，JMM 还提供了 lock 和 unlock 操作满足需求，尽管 JVM 没有把这两种操作直接开放给用户使用，但是提供了更高层次的字节码指令 monitorenter 和 monitorexit，这两个字节码指令反映到 Java 代码中就是 synchronized。

　　可见性

　　可见性指当一个线程修改了共享变量时，其他线程能够立即得知修改。JMM 通过在变量修改后将值同步回主内存，在变量读取前从主内存刷新的方式实现可见性，无论普通变量还是 volatile 变量都是如此，区别是 volatile 保证新值能立即同步到主内存以及每次使用前立即从主内存刷新。

　　除了 volatile 外，synchronized 和 final 也可以保证可见性。同步块可见性由"对一个变量执行 unlock 前必须先把此变量同步回主内存，即先执行 store 和 write"这条规则获得。final 的可见性指：被 final 修饰的字段在构造方法中一旦初始化完成，并且构造方法没有把 this 引用传递出去，那么其他线程就能看到 final 字段的值。

　　有序性

　　有序性可以总结为：在本线程内观察所有操作是有序的，在一个线程内观察另一个线程，所有操作都是无序的。前半句指 as-if-serial 语义，后半句指指令重排序和工作内存与主内存延迟现象。

　　Java 提供 volatile 和 synchronized 保证有序性，volatile 本身就包含禁止指令重排序的语义，而 synchronized 保证一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行 lock 操作，确保持有同一个锁的两个同步块只能串行进入。

　　Q7：谈一谈 volatile

　　JMM 为 volatile 定义了一些特殊访问规则，当变量被定义为 volatile 后具备两种特性：保证变量对所有线程可见当一条线程修改了变量值，新值对于其他线程来说是立即可以得知的。volatile 变量在各个线程的工作内存中不存在一致性问题，但 Java 的运算操作符并非原子操作，导致 volatile 变量运算在并发下仍不安全。禁止指令重排序优化使用 volatile 变量进行写操作，汇编指令带有 lock 前缀，相当于一个内存屏障，后面的指令不能重排到内存屏障之前。使用 lock 前缀引发两件事：① 将当前处理器缓存行的数据写回系统内存。②使其他处理器的缓存无效。相当于对缓存变量做了一次 store 和 write 操作，让 volatile 变量的修改对其他处理器立即可见。

　　静态变量 i 执行多线程 i++ 的不安全问题

　　自增语句由 4 条字节码指令构成的，依次为 、、、，当 把 i 的值取到操作栈顶时，volatile 保证了 i 值在此刻正确，但在执行 、 时，其他线程可能已经改变了 i 值，操作栈顶的值就变成了过期数据，所以 执行后就可能把较小的 i 值同步回了主内存。

　　适用场景

　　① 运算结果并不依赖变量的当前值。② 一写多读，只有单一的线程修改变量值。

　　内存语义

　　写一个 volatile 变量时，把该线程工作内存中的值刷新到主内存。

　　读一个 volatile 变量时，把该线程工作内存值置为无效，从主内存读取。

　　指令重排序特点

　　第二个操作是 volatile 写，不管第一个操作是什么都不能重排序，确保写之前的操作不会被重排序到写之后。

　　第一个操作是 volatile 读，不管第二个操作是什么都不能重排序，确保读之后的操作不会被重排序到读之前。

　　第一个操作是 volatile 写，第二个操作是 volatile 读不能重排序。

　　JSR-133 增强 volatile 语义的原因

　　在旧的内存模型中，虽然不允许 volatile 变量间重排序，但允许 volatile 变量与普通变量重排序，可能导致内存不可见问题。JSR-133 严格限制编译器和处理器对 volatile 变量与普通变量的重排序，确保 volatile 的写-读和锁的释放-具有相同的内存语义。

　　Q8：final 可以保证可见性吗？

　　final 可以保证可见性，被 final 修饰的字段在构造方法中一旦被初始化完成，并且构造方法没有把 this 引用传递出去，在其他线程中就能看见 final 字段值。

　　在旧的 JMM 中，一个严重缺陷是线程可能看到 final 值改变。比如一个线程看到一个 int 类型 final 值为 0，此时该值是未初始化前的零值，一段时间后该值被某线程初始化，再去读这个 final 值会发现值变为 1。

　　为修复该漏洞，JSR-133 为 final 域增加重排序规则：只要对象是正确构造的（被构造对象的引用在构造方法中没有逸出），那么不需要使用同步就可以保证任意线程都能看到这个 final 域初始化后的值。

　　写 final 域重排序规则

　　禁止把 final 域的写重排序到构造方法之外，编译器会在 final 域的写后，构造方法的 return 前，插入一个 Store Store 屏障。确保在对象引用为任意线程可见之前，对象的 final 域已经初始化过。

　　读 final 域重排序规则

　　在一个线程中，初次读对象引用和初次读该对象包含的 final 域，JMM 禁止处理器重排序这两个操作。编译器在读 final 域操作的前面插入一个 Load Load 屏障，确保在读一个对象的 final 域前一定会先读包含这个 final 域的对象引用。

　　锁 17

　　Q1：谈一谈 synchronized

　　每个 Java 对象都有一个关联的 monitor，使用 synchronized 时 JVM 会根据使用环境找到对象的 monitor，根据 monitor 的状态进行加解锁的判断。如果成功加锁就成为该 monitor 的唯一持有者，monitor 在被释放前不能再被其他线程。

　　同步代码块使用 monitorenter 和 monitorexit 这两个字节码指令和释放 monitor。这两个字节码指令都需要一个引用类型的参数指明要锁定和解锁的对象，对于同步普通方法，锁是当前实例对象；对于静态同步方法，锁是当前类的 Class 对象；对于同步方法块，锁是 synchronized 括号里的对象。

　　执行 monitorenter 指令时，首先尝试对象锁。如果这个对象没有被锁定，或当前线程已经持有锁，就把锁的计数器加 1，执行 monitorexit 指令时会将锁计数器减 1。一旦计数器为 0 锁随即就被释放。

　　例如有两个线程 A、B 竞争 monitor，当 A 竞争到锁时会将 monitor 中的 owner 设置为 A，把 B 阻塞并放到等待资源的 ContentionList 队列。ContentionList 中的部分线程会进入 EntryList，EntryList 中的线程会被指定为 OnDeck 竞争候选者，如果获得了锁资源将进入 Owner 状态，释放锁后进入 !Owner 状态。被阻塞的线程会进入 WaitSet。

　　被 synchronized 修饰的同步块对一条线程来说是可重入的，并且同步块在持有锁的线程释放锁前会阻塞其他线程进入。从执行成本的角度看，持有锁是一个重量级的操作。Java 线程是映射到操作系统的内核线程上的，如果要阻塞或唤醒一条线程，需要操作系统帮忙完成，不可避免用户态到核心态的转换。

　　不公平的原因

　　所有收到锁请求的线程首先自旋，如果通过自旋也没有锁将被放入 ContentionList，该做法对于已经进入队列的线程不公平。

　　为了防止 ContentionList 尾部的元素被大量线程进行 CAS 访问影响性能，Owner 线程会在释放锁时将 ContentionList 的部分线程移动到 EntryList 并指定某个线程为 OnDeck 线程，该行为叫做竞争切换，牺牲了公平性但提高了性能。

　　Q2：锁优化有哪些策略？

　　JDK 6 对 synchronized 做了很多优化，引入了自适应自旋、锁消除、锁粗化、偏向锁和轻量级锁等提高锁的效率，锁一共有 4 个状态，级别从低到高依次是：无锁、偏向锁、轻量级锁和重量级锁，状态会随竞争情况升级。锁可以升级但不能降级，这种只能升级不能降级的锁策略是为了提高锁获得和释放的效率。

　　Q3：自旋锁是什么？

　　同步对性能最大的影响是阻塞，挂起和恢复线程的操作都需要转入内核态完成。许多应用上共享数据的锁定只会持续很短的时间，为了这段时间去挂起和恢复线程并不值得。如果机器有多个处理器核心，我们可以让后面请求锁的线程稍等一会，但不放弃处理器的执行时间，看看持有锁的线程是否很快会释放锁。为了让线程等待只需让线程执行一个忙循环，这项技术就是自旋锁。

　　自旋锁在 JDK1.4 就已引入，默认关闭，在 JDK6 中改为默认开启。自旋不能代替阻塞，虽然避免了线程切换开销，但要占用处理器时间，如果锁被占用的时间很短，自旋的效果就会非常好，反之只会白白消耗处理器资源。如果自旋超过了限定的次数仍然没有成功获得锁，就应挂起线程，自旋默认限定次数是 10。

　　Q4：什么是自适应自旋？

　　JDK6 对自旋锁进行了优化，自旋时间不再固定，而是由前一次的自旋时间及锁拥有者的状态决定。

　　如果在同一个锁上，自旋刚刚成功获得过锁且持有锁的线程正在运行，虚拟机会认为这次自旋也很可能成功，进而允许自旋持续更久。如果自旋很少成功，以后锁时将可能直接省略掉自旋，避免浪费处理器资源。

　　有了自适应自旋，随着程序运行时间的增长，虚拟机对程序锁的状况预测就会越来越精准。

　　Q5：锁消除是什么？

　　锁消除指即时编译器对检测到不可能存在共享数据竞争的锁进行消除。

　　主要判定依据来源于逃逸分析，如果判断一段代码中堆上的所有数据都只被一个线程访问，就可以当作栈上的数据对待，认为它们是线程私有的而无须同步。

　　Q6：锁粗化是什么？

　　原则需要将同步块的作用范围限制得尽量小，只在共享数据的实际作用域中进行同步，这是为了使等待锁的线程尽快拿到锁。

　　但如果一系列的连续操作都对同一个对象反复加锁和解锁，甚至加锁操作是出现在循环体之外的，即使没有线程竞争也会导致不必要的性能消耗。因此如果虚拟机探测到有一串零碎的操作都对同一个对象加锁，将会把同步的范围扩展到整个操作序列的外部。

　　Q7：偏向锁是什么？

　　偏向锁是为了在没有竞争的情况下减少锁开销，锁会偏向于第一个获得它的线程，如果在执行过程中锁一直没有被其他线程，则持有偏向锁的线程将不需要进行同步。

　　当锁对象第一次被线程时，虚拟机会将对象头中的偏向模式设为 1，同时使用 CAS 把到锁的线程 ID 记录在对象的 Mark Word 中。如果 CAS 成功，持有偏向锁的线程以后每次进入锁相关的同步块都不再进行任何同步操作。

　　一旦有其他线程尝试锁，偏向模式立即结束，根据锁对象是否处于锁定状态决定是否撤销偏向，后续同步按照轻量级锁那样执行。

　　Q8：轻量级锁是什么？

　　轻量级锁是为了在没有竞争的前提下减少重量级锁使用操作系统互斥量产生的性能消耗。

　　在代码即将进入同步块时，如果同步对象没有被锁定，虚拟机将在当前线程的栈帧中建立一个锁记录空间，存储锁对象目前 Mark Word 的拷贝。然后虚拟机使用 CAS 尝试把对象的 Mark Word 更新为指向锁记录的指针，如果更新成功即代表该线程拥有了锁，锁标志位将转变为 00，表示处于轻量级锁定状态。

　　如果更新失败就意味着至少存在一条线程与当前线程竞争。虚拟机检查对象的 Mark Word 是否指向当前线程的栈帧，如果是则说明当前线程已经拥有了锁，直接进入同步块继续执行，否则说明锁对象已经被其他线程抢占。如果出现两条以上线程争用同一个锁，轻量级锁就不再有效，将膨胀为重量级锁，锁标志状态变为 10，此时Mark Word 存储的就是指向重量级锁的指针，后面等待锁的线程也必须阻塞。

　　解锁同样通过 CAS 进行，如果对象 Mark Word 仍然指向线程的锁记录，就用 CAS 把对象当前的 Mark Word 和线程复制的 Mark Word 替换回来。假如替换成功同步过程就顺利完成了，如果失败则说明有其他线程尝试过该锁，就要在释放锁的同时唤醒被挂起的线程。

　　Q9：偏向锁、轻量级锁和重量级锁的区别？

　　偏向锁的优点是加解锁不需要额外消耗，和执行非同步方法比仅存在纳秒级差距，缺点是如果存在锁竞争会带来额外锁撤销的消耗，适用只有一个线程访问同步代码块的场景。

　　轻量级锁的优点是竞争线程不阻塞，程序响应速度快，缺点是如果线程始终得不到锁会自旋消耗 CPU，适用追求响应时间、同步代码块执行快的场景。

　　重量级锁的优点是线程竞争不使用自旋不消耗CPU，缺点是线程会阻塞，响应时间慢，适应追求吞吐量、同步代码块执行慢的场景。

　　Q10：Lock 和 synchronized 有什么区别？

　　Lock 接是 juc 包的顶层接口，基于Lock 接口，用户能够以非块结构来实现互斥同步，摆脱了语言特性束缚，在类库层面实现同步。Lock 并未用到 synchronized，而是利用了 volatile 的可见性。

　　重入锁 ReentrantLock 是 Lock 最常见的实现，与 synchronized 一样可重入，不过它增加了一些高级功能：**等待可中断：**持有锁的线程长期不释放锁时，正在等待的线程可以选择放弃等待而处理其他事情。公平锁： 公平锁指多个线程在等待同一个锁时，必须按照申请锁的顺序来依次获得锁，而非公平锁不保证这一点，在锁被释放时，任何线程都有机会获得锁。synchronized 是非公平的，ReentrantLock 在默认情况下是非公平的，可以通过构造方法指定公平锁。一旦使用了公平锁，性能会急剧下降，影响吞吐量。锁绑定多个条件： 一个 ReentrantLock 可以同时绑定多个 Condition。synchronized 中锁对象的 跟 可以实现一个隐含条件，如果要和多个条件关联就不得不额外添加锁，而 ReentrantLock 可以多次调用 创建多个条件。

　　一般优先考虑使用 synchronized：① synchronized 是语法层面的同步，足够简单。② Lock 必须确保在 finally 中释放锁，否则一旦抛出异常有可能永远不会释放锁。使用 synchronized 可以由 JVM 来确保即使出现异常锁也能正常释放。③ 尽管 JDK5 时 ReentrantLock 的性能优于 synchronized，但在 JDK6 进行锁优化后二者的性能基本持平。从长远来看 JVM 更容易针对synchronized 优化，因为 JVM 可以在线程和对象的元数据中记录 synchronized 中锁的相关信息，而使用 Lock 的话 JVM 很难得知具体哪些锁对象是由特定线程持有的。

　　Q11：ReentrantLock 的可重入是怎么实现的？

　　以非公平锁为例，通过 方法锁，该方法增加了再次同步状态的处理逻辑：判断当前线程是否为锁的线程来决定是否成功，如果是锁的线程再次请求则将同步状态值增加并返回 true，表示同步状态成功。

　　成功锁的线程再次锁将增加同步状态值，释放同步状态时将减少同步状态值。如果锁被了 n 次，那么前 n-1 次 方法必须都返回 fasle，只有同步状态完全释放才能返回 true，该方法将同步状态是否为 0 作为最终释放条件，释放时将占有线程设置为null 并返回 true。

　　对于非公平锁只要 CAS 设置同步状态成功则表示当前线程了锁，而公平锁则不同。公平锁使用 方法，该方法与 的唯一区别就是判断条件中多了对同步队列中当前节点是否有前驱节点的判断，如果该方法返回 true 表示有线程比当前线程更早请求锁，因此需要等待前驱线程并释放锁后才能锁。

　　Q12：什么是读写锁？

　　ReentrantLock 是排他锁，同一时刻只允许一个线程访问，读写锁在同一时刻允许多个读线程访问，在写线程访问时，所有的读写线程均阻塞。读写锁维护了一个读锁和一个写锁，通过分离读写锁使并发性相比排他锁有了很大提升。

　　读写锁依赖 AQS 来实现同步功能，读写状态就是其同步器的同步状态。读写锁的自定义同步器需要在同步状态，即一个 int 变量上维护多个读线程和一个写线程的状态。读写锁将变量切分成了两个部分，高 16 位表示读，低 16 位表示写。

　　写锁是可重入排他锁，如果当前线程已经获得了写锁则增加写状态，如果当前线程在写锁时，读锁已经被或者该线程不是已经获得写锁的线程则进入等待。写锁的释放与 ReentrantLock 的释放类似，每次释放减少写状态，当写状态为 0 时表示写锁已被释放。

　　读锁是可重入共享锁，能够被多个线程同时，在没有其他写线程访问时，读锁总会被成功。如果当前线程已经了读锁，则增加读状态。如果当前线程在读锁时，写锁已被其他线程则进入等待。读锁每次释放会减少读状态，减少的值是（1<<16），读锁的释放是线程安全的。

　　锁降级指把持住当前拥有的写锁，再读锁，随后释放先前拥有的写锁。

　　锁降级中读锁的是必要的，这是为了保证数据可见性，如果当前线程不读锁而直接释放写锁，假设此刻另一个线程 A 写锁修改了数据，当前线程无法感知线程 A 的数据更新。如果当前线程读锁，遵循锁降级的步骤，A 将被阻塞，直到当前线程使用数据并释放读锁之后，线程 A 才能写锁进行数据更新。

　　Q13：AQS 了解吗？

　　AQS 队列同步器是用来构建锁或其他同步组件的基础框架，它使用一个 volatile int state 变量作为共享资源，如果线程资源失败，则进入同步队列等待；如果成功就执行临界区代码，释放资源时会通知同步队列中的等待线程。

　　同步器的主要使用方式是继承，子类通过继承同步器并实现它的抽象方法来管理同步状态，对同步状态进行更改需要使用同步器提供的 3个方法 、 和 ，它们保证状态改变是安全的。子类推荐被定义为自定义同步组件的静态内部类，同步器自身没有实现任何同步接口，它仅仅定义若干同步状态和释放的方法，同步器既支持独占式也支持共享式。

　　同步器是实现锁的关键，在锁的实现中聚合同步器，利用同步器实现锁的语义。锁面向使用者，定义了使用者与锁交互的接口，隐藏实现细节；同步器面向锁的实现者，简化了锁的实现方式，屏蔽了同步状态管理、线程排队、等待与唤醒等底层操作。

　　每当有新线程请求资源时都会进入一个等待队列，只有当持有锁的线程释放锁资源后该线程才能持有资源。等待队列通过双向链表实现，线程被封装在链表的 Node 节点中，Node 的等待状态包括：CANCELLED（线程已取消）、SIGNAL（线程需要唤醒）、CONDITION （线程正在等待）、PROPAGATE（后继节点会传播唤醒操作，只在共享模式下起作用）。

　　Q14：AQS 有哪两种模式？

　　独占模式表示锁只会被一个线程占用，其他线程必须等到持有锁的线程释放锁后才能锁，同一时间只能有一个线程到锁。

　　共享模式表示多个线程同一个锁有可能成功，ReadLock 就采用共享模式。

　　独占模式通过 acquire 和 release 方法和释放锁，共享模式通过 acquireShared 和 releaseShared 方法和释放锁。

　　Q15：AQS 独占式/释放锁的原理？

　　同步状态时，调用 方法，维护一个同步队列，使用 方法安全地线程同步状态，失败的线程会被构造同步节点并通过 方法加入到同步队列的尾部，在队列中自旋。之后调用 方法使得该节点以死循环的方式同步状态，如果不到则阻塞，被阻塞线程的唤醒主要依靠前驱节点的出队或被中断实现，移出队列或停止自旋的条件是前驱节点是头结点且成功了同步状态。

　　释放同步状态时，同步器调用 方法释放同步状态，然后调用 方法唤醒头节点的后继节点，使后继节点重新尝试同步状态。

　　Q16：为什么只有前驱节点是头节点时才能尝试同步状态？

　　头节点是成功到同步状态的节点，后继节点的线程被唤醒后需要检查自己的前驱节点是否是头节点。

　　目的是维护同步队列的 FIFO 原则，节点和节点在循环检查的过程中基本不通信，而是简单判断自己的前驱是否为头节点，这样就使节点的释放规则符合 FIFO，并且也便于对过早通知的处理，过早通知指前驱节点不是头节点的线程由于中断被唤醒。

　　Q17：AQS 共享式式/释放锁的原理？

　　同步状态时，调用 方法，该方法调用 方法尝试同步状态，返回值为 int 类型，返回值不小于于 0 表示能同步状态。因此在共享式锁的自旋过程中，成功同步状态并退出自旋的条件就是该方法的返回值不小于0。

　　释放同步状态时，调用 方法，释放后会唤醒后续处于等待状态的节点。它和独占式的区别在于 方法必须确保同步状态安全释放，通过循环 CAS 保证，因为释放同步状态的操作会同时来自多个线程。

　　线程 13

　　Q1：线程的生命周期有哪些状态？

　　NEW：新建状态，线程被创建且未启动，此时还未调用 方法。

　　RUNNABLE：Java 将操作系统中的就绪和运行两种状态统称为 RUNNABLE，此时线程有可能在等待时间片，也有可能在执行。

　　BLOCKED：阻塞状态，可能由于锁被其他线程占用、调用了 或 方法、执行了 方法等。

　　WAITING：等待状态，该状态线程不会被分配 CPU 时间片，需要其他线程通知或中断。可能由于调用了无参的 和 方法。

　　TIME_WAITING：限期等待状态，可以在指定时间内自行返回。导可能由于调用了带参的 和 方法。

　　TERMINATED：终止状态，表示当前线程已执行完毕或异常退出。

　　Q2：线程的创建方式有哪些？

　　① 继承 Thread 类并重写 run 方法。实现简单，但不符合里氏替换原则，不可以继承其他类。

　　② 实现 Runnable 接口并重写 run 方法。避免了单继承局限性，编程更加灵活，实现解耦。

　　③实现 Callable 接口并重写 call 方法。可以线程执行结果的返回值，并且可以抛出异常。

　　Q3：线程有哪些方法？

　　① 方***导致当前线程进入休眠状态，与 不同的是该方法不会释放锁资源，进入的是 TIMED-WAITING 状态。

　　② 方法使当前线程让出 CPU 时间片给优先级相同或更高的线程，回到 RUNNABLE 状态，与其他线程一起重新竞争CPU时间片。

　　③ 方法用于等待其他线程运行终止，如果当前线程调用了另一个线程的 join 方法，则当前线程进入阻塞状态，当另一个线程结束时当前线程才能从阻塞状态转为就绪态，等待CPU时间片。底层使用的是wait，也会释放锁。

　　Q4：什么是守护线程？

　　守护线程是一种支持型线程，可以通过 将线程设置为守护线程，但必须在线程启动前设置。

　　守护线程被用于完成支持性工作，但在 JVM 退出时守护线程中的 finally 块不一定执行，因为 JVM 中没有非守护线程时需要立即退出，所有守护线程都将立即终止，不能靠在守护线程使用 finally 确保关闭资源。

　　Q5：线程通信的方式有哪些？

　　命令式编程中线程的通信机制有两种，共享内存和消息传递。在共享内存的并发模型里线程间共享程序的公共状态，通过写-读内存中的公共状态进行隐式通信。在消息传递的并发模型里线程间没有公共状态，必须通过发送消息来显式通信。Java 并发采用共享内存模型，线程之间的通信总是隐式进行，整个通信过程对程序员完全透明。

　　volatile 告知程序任何对变量的读需要从主内存中，写必须同步刷新回主内存，保证所有线程对变量访问的可见性。

　　synchronized 确保多个线程在同一时刻只能有一个处于方法或同步块中，保证线程对变量访问的原子性、可见性和有序性。

　　等待通知机制指一个线程 A 调用了对象的 方法进入等待状态，另一线程 B 调用了对象的 方法，线程 A 收到通知后结束阻塞并执行后序操作。对象上的 和 如同开关信号，完成等待方和通知方的交互。

　　如果一个线程执行了某个线程的 方法，这个线程就会阻塞等待执行了 方法的线程终止，这里涉及等待/通知机制。 底层通过 实现，线程终止时会调用自身的 方法，通知所有等待在该线程对象上的线程。

　　管道 IO 流用于线程间数据传输，媒介为内存。PipedOutputStream 和 PipedWriter 是输出流，相当于生产者，PipedInputStream 和 PipedReader 是输入流，相当于消费者。管道流使用一个默认大小为 1KB 的循环缓冲数组。输入流从缓冲数组读数据，输出流往缓冲数组中写数据。当数组已满时，输出流所在线程阻塞；当数组首次为空时，输入流所在线程阻塞。

　　ThreadLocal 是线程共享变量，但它可以为每个线程创建单独的副本，副本值是线程私有的，互相之间不影响。

　　Q6：线程池有什么好处？

　　降低资源消耗，复用已创建的线程，降低开销、控制最大并发数。

　　隔离线程环境，可以配置独立线程池，将较慢的线程与较快的隔离开，避免相互影响。

　　实现任务线程队列缓冲策略和拒绝机制。

　　实现某些与时间相关的功能，如定时执行、周期执行等。

　　Q7：线程池处理任务的流程？

　　① 核心线程池未满，创建一个新的线程执行任务，此时 workCount < corePoolSize。

　　② 如果核心线程池已满，工作队列未满，将线程存储在工作队列，此时 workCount >= corePoolSize。

　　③ 如果工作队列已满，线程数小于最大线程数就创建一个新线程处理任务，此时 workCount < maximumPoolSize，这一步也需要全局锁。

　　④ 如果超过大小线程数，按照拒绝策略来处理任务，此时 workCount > maximumPoolSize。

　　线程池创建线程时，会将线程封装成工作线程 Worker，Worker 在执行完任务后还会循环工作队列中的任务来执行。

　　Q8：有哪些创建线程池的方法？

　　可以通过 Executors 的静态工厂方法创建线程池：

　　① ，固定大小的线程池，核心线程数也是最大线程数，不存在空闲线程，keepAliveTime = 0。该线程池使用的工作队列是无界阻塞队列 LinkedBlockingQueue，适用于负载较重的服务器。

　　② ，使用单线程，相当于单线程串行执行所有任务，适用于需要保证顺序执行任务的场景。

　　③ ，maximumPoolSize 设置为 Integer 最大值，是高度可伸缩的线程池。该线程池使用的工作队列是没有容量的 SynchronousQueue，如果主线程提交任务的速度高于线程处理的速度，线程池会不断创建新线程，极端情况下会创建过多线程而耗尽CPU 和内存资源。适用于执行很多短期异步任务的小程序或负载较轻的服务器。

　　④ ：线程数最大为 Integer 最大值，存在 OOM 风险。支持定期及周期性任务执行，适用需要多个后台线程执行周期任务，同时需要限制线程数量的场景。相比 Timer 更安全，功能更强，与 的区别是不回收工作线程。

　　⑤ ：JDK8 引入，创建持有足够线程的线程池支持给定的并行度，通过多个队列减少竞争。

　　Q9：创建线程池有哪些参数？

　　① corePoolSize：常驻核心线程数，如果为 0，当执行完任务没有任何请求时会消耗线程池；如果大于 0，即使本地任务执行完，核心线程也不会被销毁。该值设置过大会浪费资源，过小会导致线程的频繁创建与销毁。

　　② maximumPoolSize：线程池能够容纳同时执行的线程最大数，必须大于等于 1，如果与核心线程数设置相同代表固定大小线程池。

　　③ keepAliveTime：线程空闲时间，线程空闲时间达到该值后会被销毁，直到只剩下 corePoolSize 个线程为止，避免浪费内存资源。

　　④ unit：keepAliveTime 的时间单位。

　　⑤ workQueue：工作队列，当线程请求数大于等于 corePoolSize 时线程会进入阻塞队列。

　　⑥ threadFactory：线程工厂，用来生产一组相同任务的线程。可以给线程命名，有利于分析错误。

　　⑦ handler：拒绝策略，默认使用 AbortPolicy 丢弃任务并抛出异常，CallerRunsPolicy 表示重新尝试提交该任务，DiscardOldestPolicy 表示抛弃队列里等待最久的任务并把当前任务加入队列，DiscardPolicy 表示直接抛弃当前任务但不抛出异常。

　　Q10：如何关闭线程池？

　　可以调用 或 方法关闭线程池，原理是遍历线程池中的工作线程，然后逐个调用线程的 方法中断线程，无法响应中断的任务可能永远无法终止。

　　区别是 首先将线程池的状态设为 STOP，然后尝试停止正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的列表。而 只是将线程池的状态设为 SHUTDOWN，然后中断没有正在执行任务的线程。

　　通常调用 来关闭线程池，如果任务不一定要执行完可调用 。

　　Q11：线程池的选择策略有什么？

　　可以从以下角度分析：①任务性质：CPU 密集型、IO 密集型和混合型。②任务优先级。③任务执行时间。④任务依赖性：是否依赖其他资源，如数据库连接。

　　性质不同的任务可用不同规模的线程池处理，CPU 密集型任务应配置尽可能小的线程，如配置 N中央处理器+1 个线程的线程池。由于 IO 密集型任务线程并不是一直在执行任务，应配置尽可能多的线程，如 2*N中央处理器。混合型的任务，如果可以拆分，将其拆分为一个 CPU 密集型任务和一个 IO 密集型任务，只要两个任务执行的时间相差不大那么分解后的吞吐量将高于串行执行的吞吐量，如果相差太大则没必要分解。

　　优先级不同的任务可以使用优先级队列 PriorityBlockingQueue 处理。

　　执行时间不同的任务可以交给不同规模的线程池处理，或者使用优先级队列让执行时间短的任务先执行。

　　依赖数据库连接池的任务，由于线程提交 SQL 后需要等待数据库返回的结果，等待的时间越长 CPU 空闲的时间就越长，因此线程数应该尽可能地设置大一些，提高 CPU 的利用率。

　　建议使用有界队列，能增加系统的稳定性和预警能力，可以根据需要设置的稍微大一些。

　　Q12：阻塞队列有哪些选择?

　　阻塞队列支持阻塞插入和移除，当队列满时，阻塞插入元素的线程直到队列不满。当队列为空时，元素的线程会被阻塞直到队列非空。阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，阻塞队列就是生产者用来存放元素，消费者用来元素的容器。

　　Java 中的阻塞队列

　　ArrayBlockingQueue，由数组组成的有界阻塞队列，默认情况下不保证线程公平，有可能先阻塞的线程最后才访问队列。

　　LinkedBlockingQueue，由链表结构组成的有界阻塞队列，队列的默认和最大长度为 Integer 最大值。

　　PriorityBlockingQueue，支持优先级的无界阻塞队列，默认情况下元素按照升序排序。可自定义 方法指定排序规则，或者初始化时指定 Comparator 排序，不能保证同优先级元素的顺序。

　　DelayQueue，支持延时元素的无界阻塞队列，使用优先级队列实现。创建元素时可以指定多久才能从队列中当前元素，只有延迟期满时才能从队列中元素，适用于缓存和定时调度。

　　SynchronousQueue，不存储元素的阻塞队列，每一个 put 必须等待一个 take。默认使用非公平策略，也支持公平策略，适用于传递性场景，吞吐量高。

　　LinkedTransferQueue，链表组成的无界阻塞队列，相对于其他阻塞队列多了 和 方法。方法：如果当前有消费者正等待接收元素，可以把生产者传入的元素立刻传输给消费者，否则会将元素放在队列的尾节点并等到该元素被消费者消费才返回。 方法用来试探生产者传入的元素能否直接传给消费者，如果没有消费者等待接收元素则返回 false，和 的区别是无论消费者是否消费都会立即返回。

　　LinkedBlockingDeque，链表组成的双向阻塞队列，可从队列的两端插入和移出元素，多线程同时入队时减少了竞争。

　　实现原理

　　使用通知模式实现，生产者往满的队列里添加元素时会阻塞，当消费者消费后，会通知生产者当前队列可用。当往队列里插入一个元素，如果队列不可用，阻塞生产者主要通过 LockSupport 的 方法实现，不同操作系统中实现方式不同，在 Linux 下使用的是系统方法 实现。

　　Q13：谈一谈 ThreadLocal

　　ThreadLoacl 是线程共享变量，主要用于一个线程内跨类、方法传递数据。ThreadLoacl 有一个静态内部类 ThreadLocalMap，其 Key 是 ThreadLocal 对象，值是 Entry 对象，Entry 中只有一个 Object 类的 vaule 值。ThreadLocal 是线程共享的，但 ThreadLocalMap 是每个线程私有的。ThreadLocal 主要有 set、get 和 remove 三个方法。

　　set 方法

　　首先当前线程，然后再当前线程对应的 ThreadLocalMap 类型的对象 map。如果 map 存在就直接设置值，key 是当前的 ThreadLocal 对象，value 是传入的参数。

　　如果 map 不存在就通过 方法为当前线程创建一个 ThreadLocalMap 对象再设置值。

　　get 方法

　　首先当前线程，然后再当前线程对应的 ThreadLocalMap 类型的对象 map。如果 map 存在就以当前 ThreadLocal 对象作为 key Entry 类型的对象 e，如果 e 存在就返回它的 value 属性。

　　如果 e 不存在或者 map 不存在，就调用 方法先为当前线程创建一个 ThreadLocalMap 对象然后返回默认的初始值 null。

　　remove 方法

　　首先通过当前线程其对应的 ThreadLocalMap 类型的对象 m，如果 m 不为空，就解除 ThreadLocal 这个 key 及其对应的 value 值的联系。

　　存在的问题

　　线程复用会产生脏数据，由于线程池会重用 Thread 对象，因此与 Thread 绑定的 ThreadLocal 也会被重用。如果没有调用 remove 清理与线程相关的 ThreadLocal 信息，那么假如下一个线程没有调用 set 设置初始值就可能 get 到重用的线程信息。

　　ThreadLocal 还存在内存泄漏的问题，由于 ThreadLocal 是弱引用，但 Entry 的 value 是强引用，因此当 ThreadLocal 被垃圾回收后，value 依旧不会被释放。因此需要及时调用 remove 方法进行清理操作。

　　JUC 11日

　　Q1：什么是 CAS？

　　CAS 表示 Compare And Swap，比较并交换，CAS 需要三个操作数，分别是内存位置 V、旧的预期值 A 和准备设置的新值 B。CAS 指令执行时，当且仅当 V 符合 A 时，处理器才会用 B 更新 V 的值，否则它就不执行更新。但不管是否更新都会返回 V 的旧值，这些处理过程是原子操作，执行期间不会被其他线程打断。

　　在 JDK 5 后，Java 类库中才开始使用 CAS 操作，该操作由 Unsafe 类里的 等几个方法包装提供。HotSpot 在内部对这些方法做了特殊处理，即时编译的结果是一条平台相关的处理器 CAS 指令。Unsafe 类不是给用户程序调用的类，因此 JDK9 前只有 Java 类库可以使用 CAS，譬如 juc 包里的 AtomicInteger类中 等方法都使用了Unsafe 类的 CAS 操作实现。

　　Q2：CAS 有什么问题？

　　CAS 从语义上来说存在一个逻辑漏洞：如果 V 初次读取时是 A，并且在准备赋值时仍为 A，这依旧不能说明它没有被其他线程更改过，因为这段时间内假设它的值先改为 B 又改回 A，那么 CAS 操作就会误认为它从来没有被改变过。

　　这个漏洞称为 ABA 问题，juc 包提供了一个 AtomicStampedReference，原子更新带有版本号的引用类型，通过控制变量值的版本来解决 ABA 问题。大部分情况下 ABA 不会影响程序并发的正确性，如果需要解决，传统的互斥同步可能会比原子类更高效。

　　Q3：有哪些原子类？

　　JDK 5 提供了 java.util.concurrent.atomic 包，这个包中的原子操作类提供了一种用法简单、性能高效、线程安全地更新一个变量的方式。到 JDK 8 该包共有17个类，依据作用分为四种：原子更新基本类型类、原子更新数组类、原子更新引用类以及原子更新字段类，atomic 包里的类基本都是使用 Unsafe 实现的包装类。

　　AtomicInteger 原子更新整形、 AtomicLong 原子更新长整型、AtomicBoolean 原子更新布尔类型。

　　AtomicIntegerArray，原子更新整形数组里的元素、 AtomicLongArray 原子更新长整型数组里的元素、 AtomicReferenceArray 原子更新引用类型数组里的元素。

　　AtomicReference 原子更新引用类型、AtomicMarkableReference 原子更新带有标记位的引用类型，可以绑定一个 boolean 标记、 AtomicStampedReference 原子更新带有版本号的引用类型，关联一个整数值作为版本号，解决 ABA 问题。

　　AtomicIntegerFieldUpdater 原子更新整形字段的更新器、 AtomicLongFieldUpdater 原子更新长整形字段的更新器AtomicReferenceFieldUpdater 原子更新引用类型字段的更新器。

　　Q4：AtomicIntger 实现原子更新的原理是什么？

　　AtomicInteger 原子更新整形、 AtomicLong 原子更新长整型、AtomicBoolean 原子更新布尔类型。

　　以原子方式将当前的值加 1，首先在 for 死循环中取得 AtomicInteger 里存储的数值，第二步对 AtomicInteger 当前的值加 1 ，第三步调用 方法进行原子更新，先检查当前数值是否等于 expect，如果等于则说明当前值没有被其他线程修改，则将值更新为 next，否则会更新失败返回 false，程序会进入 for 循环重新进行 操作。

　　atomic 包中只提供了三种基本类型的原子更新，atomic 包里的类基本都是使用 Unsafe 实现的，Unsafe 只提供三种 CAS 方法：、 和 ，例如原子更新 Boolean 是先转成整形再使用 。

　　Q5：CountDownLatch 是什么？

　　CountDownLatch 是基于执行时间的同步类，允许一个或多个线程等待其他线程完成操作，构造方法接收一个 int 参数作为计数器，如果要等待 n 个点就传入 n。每次调用 方法时计数器减 1， 方***阻塞当前线程直到计数器变为0，由于 方法可用在任何地方，所以 n 个点既可以是 n 个线程也可以是一个线程里的 n 个执行步骤。

　　Q6：CyclicBarrier 是什么？

　　循环屏障是基于同步到达某个点的信号量触发机制，作用是让一组线程到达一个屏障时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障才会解除。构造方法中的参数表示拦截线程数量，每个线程调用 方法告诉 CyclicBarrier 自己已到达屏障，然后被阻塞。还支持在构造方法中传入一个 Runnable 任务，当线程到达屏障时会优先执行该任务。适用于多线程计算数据，最后合并计算结果的应用场景。

　　CountDownLacth 的计数器只能用一次，而 CyclicBarrier 的计数器可使用 方法重置，所以 CyclicBarrier 能处理更为复杂的业务场景，例如计算错误时可用重置计数器重新计算。

　　Q7：Semaphore 是什么？

　　信号量用来控制同时访问特定资源的线程数量，通过协调各个线程以保证合理使用公共资源。信号量可以用于流量控制，特别是公共资源有限的应用场景，比如数据库连接。

　　Semaphore 的构造方法参数接收一个 int 值，表示可用的许可数量即最大并发数。使用 方法获得一个许可证，使用 方法归还许可，还可以用 尝试获得许可。

　　Q8：Exchanger 是什么？

　　交换者是用于线程间协作的工具类，用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点两个线程可以交换彼此的数据。

　　两个线程通过 方法交换数据，第一个线程执行 方法后会阻塞等待第二个线程执行该方法，当两个线程都到达同步点时这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出的数据传递给对方。应用场景包括遗传算法、校对工作等。

　　P9：JDK7 的 ConcurrentHashMap 原理？

　　ConcurrentHashMap 用于解决 HashMap 的线程不安全和 HashTable 的并发效率低，HashTable 之所以效率低是因为所有线程都必须竞争同一把锁，假如容器里有多把锁，每一把锁用于锁容器的部分数据，那么多线程访问容器不同数据段的数据时，线程间就不会存在锁竞争，从而有效提高并发效率，这就是 ConcurrentHashMap 的锁分段技术。首先将数据分成 Segment 数据段，然后给每一个数据段配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段的数据时，其他段的数据也能被其他线程访问。

　　get 实现简单高效，先经过一次再散列，再用这个散列值通过散列运算定位到 Segment，最后通过散列算法定位到元素。get 的高效在于不需要加锁，除非读到空值才会加锁重读。get 方法中将共享变量定义为 volatile，在 get 操作里只需要读所以不用加锁。

　　put 必须加锁，首先定位到 Segment，然后进行插入操作，第一步判断是否需要对 Segment 里的 HashEntry 数组进行扩容，第二步定位添加元素的位置，然后将其放入数组。

　　size 操作用于统计元素的数量，必须统计每个 Segment 的大小然后求和，在统计结果累加的过程中，之前累加过的 count 变化几率很小，因此先尝试两次通过不加锁的方式统计结果，如果统计过程中容器大小发生了变化，再加锁统计所有 Segment 大小。判断容器是否发生变化根据 modCount 确定。

　　P10：JDK8 的 ConcurrentHashMap 原理？

　　主要对 JDK7 做了三点改造：① 取消分段锁机制，进一步降低冲突概率。② 引入红黑树结构，同一个哈希槽上的元素个数超过一定阈值后，单向链表改为红黑树结构。③ 使用了更加优化的方式统计集合内的元素数量。具体优化表现在：在 put、resize 和 size 方法中设计元素总数的更新和计算都避免了锁，使用 CAS 代替。

　　get 同样不需要同步，put 操作时如果没有出现哈希冲突，就使用 CAS 添加元素，否则使用 synchronized 加锁添加元素。

　　当某个槽内的元素个数达到 7 且 table 容量不小于 64 时，链表转为红黑树。当某个槽内的元素减少到 6 时，由红黑树重新转为链表。在转化过程中，使用同步块锁住当前槽的首元素，防止其他线程对当前槽进行增删改操作，转化完成后利用 CAS 替换原有链表。由于 TreeNode 节点也存储了 next 引用，因此红黑树转为链表很简单，只需从 first 元素开始遍历所有节点，并把节点从 TreeNode 转为 Node 类型即可，当构造好新链表后同样用 CAS 替换红黑树。

　　P11：ArrayList 的线程安全集合是什么？

　　可以使用 CopyOnWriteArrayList 代替 ArrayList，它实现了读写分离。写操作复制一个新的集合，在新集合内添加或删除元素，修改完成后再将原集合的引用指向新集合。这样做的好处是可以高并发地进行读写操作而不需要加锁，因为当前集合不会添加任何元素。使用时注意尽量设置容量初始值，并且可以使用批量添加或删除，避免多次扩容，比如只增加一个元素却复制整个集合。

　　适合读多写少，单个添加时效率极低。CopyOnWriteArrayList 是 fail-safe 的，并发包的集合都是这种机制，fail-safe 在安全的副本上遍历，集合修改与副本遍历没有任何关系，缺点是无法读取最新数据。这也是 CAP 理论中 C 和 A 的矛盾，即一致性与可用性的矛盾。