1、创建线程的方式及实现

创建线程有多种方式，本质上只有一种，就是实现Runnable接口

实现Runnable接口

继承Thread类

实现Callable接口，通过FutureTask包装

匿名内部类的方式

lambda表达式的方式

线程池

定时器

2、如何保证线程安全

在Java中线程安全主要体现在三个方面：原子性、可见性及有序性

原子性：是指一个或多个操作，要么全部执行成功，并且在执行过程中不会被任何因素打断，要么全部不执行

可见性：是指多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量，其他线程可以立即看到修改后的值

有序性：是指程序的执行顺序按照代码的先后顺序执行

对于原子性，Java内存模型保证了基本读取和赋值的原子性，对于大范围操作的原子性，可以使用synchronized和lock实现，同时也可以使用atomic包下的几个原子类（通过CAS的方式，调用Unsafe类的compareAndSwap方法，借助CPU指令cmpxchg来保证原子性）

对于可见性，可以使用volatile关键字或者synchronized或者lock

对于有序性，volatile可以保证一定的有序性，当然使用synchronized和lock也能保证有序性，在同一时刻只有一个线程执行同步代码，同时Java内存模型提供了一些先天的有序性，也就是happens-before原则：

程序顺序规则：在一个线程内，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作

监视器锁规则：对于一个锁的解锁操作，先行发生于对同一个锁的加索操作

volatile变量规则：对于一个volatile变量的写操作，先行发生于对这个volatile变量的读操作

传递规则：A 先行发生于B，B先行发生于C，则A先行发生于C

线程start规则：Thread的start先行发生于对线程的任意后续操作

线程join规则：如果线程A调用ThreadB.join并成功返回，那么线程B中的任意操作先行发生join方法的返回

3、sleep() 、join（）、yield（）有什么区别

sleep是让当前线程暂停执行指定时间，不会释放对象锁

join方法是指主线程想等子线程结束之后再继续执行，底层调用的就是wait方法，会释放对象锁

yield是指让出CPU资源给其他线程使用，使得当前线程从运行状态变为可运行状态，但是并不能完全保证达到让步的目的，有可能还会被线程调度再次选中

4、volatile关键字原理

volatile关键字底层使用一个“lock;"前缀指令，这个指令相当于一个内存屏障，这个内存屏障会提供几个保证：一是确保内存屏障之前的代码不会被重排序到内存屏障之后，和内存屏障之后的代码不会被重排序到内存屏障之前；二是强制变量刷新回主内存中；三是当对一个volatile变量进行写操作时，会强制其他线程工作内存中的缓存数据失效

5、synchronized关键字原理

synchronized是针对对象进行加锁，在JVM中Java对象由对象头、实例数据和对齐填充三部分组成，对象头中的Mark Word 保存了锁标志位和指向monitor对象的起始地址，当monitor对象被某个线程占用后就处于锁定状态。

底层上，synchronized修饰方式时，会在方法修饰符上添加ACC_SYNCHRONIZED，修饰代码块时，会使用monitorenter和monitorexit指令。针对synchronized获取锁的方式，JVM采用了锁升级的优化方式，先使用偏向锁，优先同一线程获取锁，如果失败，就升级为轻量级锁，如果再失败，就进行短暂的自旋，防止线程被挂起，如果最后都失败，则升级为重量级锁。

6、CAS原理

CAS是基于乐观锁的机制，底层通过UNsafe的compareAndSwap几个方法进行变量的原子更新，源码中是借助CPU指令CMPXCHG指令或者LOCK + CMPXCHG指令来实现，它有三个基本操作变量，内存地址V，旧的预期值A，要修改的新值B，当修改一个变量的时候，只有当内存地址V对应的值和旧的预期值相等时，才会将内存地址V所对应的的值修改为新值，否则返回false。

CAS使用场景：读多写少

CAS缺点：

一个是ABA问题，还有一个就是在高并发情况下，如果一直循环更新不成功，则会导致CPU开销较大

ABA问题可以通过使用版本号或者标记位的方式，也就是使用atomic包下的AtomicStampedReference或者AtomicMarkableReference来解决ABA问题

（ABA问题，CAS操作值时，会检查变量有没有发生变化，如果没有发生变化则更新，如果一个变量值是A，变成了B，又变成了A，当CAS检查变量有没有发生变化时，发现变量没有发生变化则进行了更新，但是实际上变量发生了变化）

7、ThreadLocal原理

ThreadLocal为每一个线程提供一个独立的变量副本，使得每一个线程可以单独改变自己所拥有的变量副本，而不会影响到其他线程所对应的变量副本。

每个线程Thread内部都有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的threadLocals变量，ThreadLocalMap是ThreadLocal内部实现的一个自定义map类，是用来存储实际的变量副本的，key为当前ThreadLocal对象，value为变量副本。

我们调用ThreadLocal的get方法时，实际上是通过Thread.currentThread获取当前线程对象，然后根据当前ThreadLocal获取当前线程的共享变量，set、remove也是同样的道理。

关于ThreadLocalMap内部类的简单介绍

　　初始容量16，负载因子2/3，解决冲突的方法是再hash法，也就是：在当前hash的基础上再自增一个常量

ThreadLocal内存泄漏问题

由于ThreadLocalMap的key是弱引用，而Value是强引用。这就导致了一个问题，ThreadLocal在没有外部对象强引用时，发生GC时弱引用Key会被回收，而Value不会回收，如果创建ThreadLocal的线程一直持续运行，那么这个Entry对象中的value就有可能一直得不到回收，发生内存泄露。

解决内存泄漏：在使用完线程共享变量后，显示调用ThreadLocal的remove方法

ThreadLocal使用场景：解决数据库连接、session管理等

8、线程池实现原理

当有任务提交到线程池时，先去判断当前线程池里的线程数目是否到达corePoolSize，如果没有则创建一个新的线程并执行任务，如果大于，则将任务添加到BlockedQueue任务缓存队列里，如果任务添加缓存队列成功，则该任务会等待空闲线程将其取出并执行，如果失败，则会尝试创建一个线程去执行该任务，如果当前线程池的线程数目大于maximumPoolSize，则会执行拒绝策略。

拒绝策略有四种：

AbortPolicy：丢弃任务并抛出RejectedExecutionException

CallerRunsPolicy：只要线程池未关闭，直接再调用者线程里，执行这个被丢弃的任务

DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最老的一个请求，也就是即将被执行的任务，然后尝试再次提交当前任务

DiscardPolicy：直接丢弃任务，不做任何处理

四种长用的线程池：

newFixedThreadPool

固定大小的线程池，corePoolSize与maximumPoolSize相等，使用LinkedBlockingQueue无界阻塞队列。当提交任务比较频繁的时，存在耗尽系统资源的问题。线程池空闲也不会释放空闲线程，还会占用一定系统资源，需要shutdown。

newSingleThreadPool

单个线程线程池，只有一个线程，corePoolSize和maximumPoolSize都为1，阻塞队列使用的是LinkedBlockingQueue，当有多个任务提交时，会被暂存到阻塞队列中，当线程空闲时就会去从队列中按照先入先出获取任务去执行

newCachedThreadPool

缓存线程池，其中corePoolSize为0，maximumPoolSize为Integer.MAX_VALUE，缓存线程默认存活时间为60s，阻塞队列使用的是SynchronousQueue，这个队列不会存储任务，总是会创建新的线程去执行任务

newScheduledThreadPool

定时线程池，可以周期性地去执行任务

9、AQS原理（https://javadoop.com/2017/07/20/AbstractQueuedSynchronizer）

AQS是多线程访问共享资源的同步器框架，内部维护着一个volatile int state（共享状态）和一个 FIFO 的CLH双向同步队列，当线程获取同步状态失败后，则会加入到这个 CLH 同步队列的对尾并一直保持着自旋。在 CLH 同步队列中的线程在自旋时会判断其前驱节点是否为首节点，如果为首节点则不断尝试获取同步状态，获取成功则退出 CLH 同步队列。当线程执行完逻辑后，会释放同步状态，释放后会唤醒其后继节点。

基于AQS的锁(比如ReentrantLock)原理大体是这样:

有一个state变量，初始值为0，假设当前线程为A,每当A获取一次锁，status++. 释放一次，status--.锁会记录当前持有的线程。

当A线程拥有锁的时候，status>0. B线程尝试获取锁的时候会对这个status有一个CAS(0,1)的操作，尝试几次失败后就挂起线程，进入一个等待队列。

如果A线程恰好释放，--status==0, A线程会去唤醒等待队列中第一个线程，即刚刚进入等待队列的B线程，B线程被唤醒之后回去检查这个status的值，尝试CAS(0,1),而如果这时恰好C线程也尝试去争抢这把锁

非公平锁实现：

C直接尝试对这个status CAS(0,1)操作，并成功改变了status的值，B线程获取锁失败，再次挂起，这就是非公平锁，B在C之前尝试获取锁，而最终是C抢到了锁。

公平锁：

C发现有线程在等待队列，直接将自己进入等待队列并挂起,B获取锁

AQS定义了两种资源共享方式：一个是独占方式Exclusive，一个是共享方式Share。自定义同步器通过实现tryAccquire()、tryRelease()、tryAccquireShare()、tryReleaseShare()来实现不同类型的资源共享方式。

独占型：ReentrantLock

共享型：CountdownLatch、Semphore

组合型（共享+独占）：ReentrantReadWriteLock

10、CountdownLatch原理

CountdownLatch是一个并发工具类，它允许一个线程等待其他线程执行结束后继续执行。通过使用AQS中的同步状态state来进行计数。通过构造函数传递计数器的值，该计数器的值也就是要等待的线程数，然后将CountdownLatch实例传递给每一个线程，每个线程执行结束后调用countDown()方法进行计数减1，主调线程通过调用await方法进行阻塞等待，当计数器的值为0时，表明子线程都已经执行完毕，主线程可以恢复继续执行。

使用场景：适用一个任务需要等待其他任务执行完毕，方可执行的场景

11、CyclicBarrier原理

CyclicBarrier字面理解就是可循环的屏障，它让一组线程到达屏障时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障后才开门，所有被屏障拦截的线程才会继续执行。通过加计数的方式，调用await方法进行计数加1，也可以通过reset方法进行重置。

使用场景：可以用于多线程进行计算，最后合并数据的场景

12、CountdownLatch与CyclicBarrier区别

CountdownLatch是通过减计数的方式，并且不能重复使用，而CyclicBarrier是通过加计数的方式，可以处理更复杂的业务场景，如可以重复使用，获取阻塞的线程数量，判断阻塞的线程是否被中断等

13、信号量Semaphore原理

信号量Semphore也是一个并发工具类，通过控制一定量的许可证的数量，来达到限制访问资源的目的。计数器的值就是允许同时运行线程的数量，通过acquire方法获取一个许可证，计数器的值就会减1，通过release方法归还一个许可证，计数器的值就会加1，还可使用tryAcquire尝试获取许可证，如果当前没有可用的许可，则线程会一直阻塞等待，直到有可用的许可证。

使用场景：可以用于流量控制，特别是公共资源有限的应用场景，比如数据库链接

14、Exchanger原理（TODO 待后续了解）

用于进行线程间数据交换

15、Lock和Synchronized区别

总结来说，Lock和synchronized有以下几点不同：

　　1）Lock是一个接口，而synchronized是Java中的关键字，synchronized是内置的语言实现；

　　2）synchronized在发生异常时，会自动释放线程占有的锁，因此不会导致死锁现象发生；而Lock在发生异常时，如果没有主动通过unLock()去释放锁，则很可能造成死锁现象，因此使用Lock时需要在finally块中释放锁；

　　3）Lock可以让等待锁的线程响应中断，而synchronized却不行，使用synchronized时，等待的线程会一直等待下去，不能够响应中断；

　　4）通过Lock可以知道有没有成功获取锁，而synchronized却无法办到。

　　5）Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。

　　在性能上来说，如果竞争资源不激烈，两者的性能是差不多的，而当竞争资源非常激烈时（即有大量线程同时竞争），此时Lock的性能要远远优于synchronized。所以说，在具体使用时要根据适当情况选择。

1６、什么是守护线程，有什么用

守护线程是在程序运行时，在后台提供的一种通用服务的线程。是用来服务用户线程的，当虚拟机中所有的用户线程都退出后，程序也就终止了，程序终止就会杀死所有的守护线程。

当你希望JVM退出后，线程自动关闭，那么就使用守护线程，守护线程通常用来执行一些后台任务

17、Thread和Runnable的区别是什么

准确的说创建线程的方式只能通过构造Thread类，实现线程执行单元的的方式有两种：一种是继承Thread类，一种是实现Runnable接口。Thread类本身也是实现了Runnable接口。Thread类的run方法和Runnable的run方法最重要的一点不同是，Thread类的run方法不能共享，举个例子就是说线程A不能把线程B的run方法当成自己的执行单元，而使用Runnable则很容易实现，因为一个Runnable可以构造多个不同的实例。Thread主要负责线程本身相关的职责和控制，而Runnable主要负责逻辑执行单元的部分。

18、Thread的run方法合start方法有什么区别

run方法是线程的执行单元，直接调用run方法，相当于只是调用了一个普通的方法，而start方法是启动线程，底层调用的是start0()，是一个JNI方法，调用start方法启动线程时，JVM会去创建一个新线程去调用run方法，换句话说，start0方法调用了run方法。