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1. 线程状态
要求
掌握 Java 线程六种状态
掌握 Java 线程状态转换
能理解五种状态与六种状态两种说法的区别
六种状态及转换
分别是
新建
当一个线程对象被创建，但还未调用 start 方法时处于新建状态此时未与操作系统底层线程关联
可运行
调用了 start 方法，就会由新建进入可运行此时与底层线程关联，由操作系统调度执行
终结
线程内代码已经执行完毕，由可运行进入终结此时会取消与底层线程关联
阻塞
当获取锁失败后，由可运行进入 Monitor 的阻塞队列阻塞，此时不占用 cpu 时间当持锁线程释放锁时，会按照一定规则唤醒阻塞队列中的阻塞线程，唤醒后的线程进入可运行状态
等待
当获取锁成功后，但由于条件不满足，调用了 wait() 方法，此时从可运行状态释放锁进入 Monitor 等待集合等待，同样不占用 cpu 时间当其它持锁线程调用 notify() 或 notifyAll() 方法，会按照一定规则唤醒等待集合中的等待线程，恢复为可运行状态
有时限等待
当获取锁成功后，但由于条件不满足，调用了 wait(long) 方法，此时从可运行状态释放锁进入 Monitor 等待集合进行有时限等待，同样不占用 cpu 时间当其它持锁线程调用 notify() 或 notifyAll() 方法，会按照一定规则唤醒等待集合中的有时限等待线程，恢复为可运行状态，并重新去竞争锁如果等待超时，也会从有时限等待状态恢复为可运行状态，并重新去竞争锁还有一种情况是调用 sleep(long) 方法也会从可运行状态进入有时限等待状态，但与 Monitor 无关，不需要主动唤醒，超时时间到自然恢复为可运行状态
其它情况（只需了解）
可以用 interrupt() 方法打断等待、有时限等待的线程，让它们恢复为可运行状态
park，unpark 等方法也可以让线程等待和唤醒
五种状态
五种状态的说法来自于操作系统层面的划分
运行态：分到 cpu 时间，能真正执行线程内代码的
就绪态：有资格分到 cpu 时间，但还未轮到它的
阻塞态：没资格分到 cpu 时间的
涵盖了 java 状态中提到的阻塞、等待、有时限等待多出了阻塞 I/O，指线程在调用阻塞 I/O 时，实际活由 I/O 设备完成，此时线程无事可做，只能干等新建与终结态：与 java 中同名状态类似，不再啰嗦
2. 线程池
要求
掌握线程池的 7 大核心参数
七大参数
corePoolSize 核心线程数目 - 池中会保留的最多线程数
maximumPoolSize 最大线程数目 - 核心线程+救急线程的最大数目
keepAliveTime 生存时间 - 救急线程的生存时间，生存时间内没有新任务，此线程资源会释放
unit 时间单位 - 救急线程的生存时间单位，如秒、毫秒等
workQueue - 当没有空闲核心线程时，新来任务会加入到此队列排队，队列满会创建救急线程执行任务
threadFactory 线程工厂 - 可以定制线程对象的创建，例如设置线程名字、是否是守护线程
handler 拒绝策略 - 当所有线程都在繁忙，workQueue 也放满时，会触发拒绝策略
抛异常 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.AbortPolicy由调用者执行任务 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolic丢弃任务 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy丢弃最早排队任务 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy
码说明
day02.TestThreadPoolExecutor 以较为形象的方式演示了线程池的核心组成
3. wait vs sleep
要求
能够说出二者区别
一个共同点，三个不同点
共同点
wait() ，wait(long) 和 sleep(long) 的效果都是让当前线程暂时放弃 CPU 的使用权，进入阻塞状态
不同点
方法归属不同
sleep(long) 是 Thread 的静态方法而 wait()，wait(long) 都是 Object 的成员方法，每个对象都有
醒来时机不同
执行 sleep(long) 和 wait(long) 的线程都会在等待相应毫秒后醒来wait(long) 和 wait() 还可以被 notify 唤醒，wait() 如果不唤醒就一直等下去它们都可以被打断唤醒
锁特性不同（重点）
wait 方法的调用必须先获取 wait 对象的锁，而 sleep 则无此限制wait 方法执行后会释放对象锁，允许其它线程获得该对象锁（我放弃 cpu，但你们还可以用）而 sleep 如果在 synchronized 代码块中执行，并不会释放对象锁（我放弃 cpu，你们也用不了）
4. lock vs synchronized
要求
掌握 lock 与 synchronized 的区别
理解 ReentrantLock 的公平、非公平锁
理解 ReentrantLock 中的条件变量
三个层面
不同点
语法层面
synchronized 是关键字，源码在 jvm 中，用 c++ 语言实现Lock 是接口，源码由 jdk 提供，用 java 语言实现使用 synchronized 时，退出同步代码块锁会自动释放，而使用 Lock 时，需要手动调用 unlock 方法释放锁
功能层面
二者均属于悲观锁、都具备基本的互斥、同步、锁重入功能Lock 提供了许多 synchronized 不具备的功能，例如获取等待状态、公平锁、可打断、可超时、多条件变量Lock 有适合不同场景的实现，如 ReentrantLock， ReentrantReadWriteLock
性能层面
在没有竞争时，synchronized 做了很多优化，如偏向锁、轻量级锁，性能不赖在竞争激烈时，Lock 的实现通常会提供更好的性能
公平锁
公平锁的公平体现
已经处在阻塞队列中的线程（不考虑超时）始终都是公平的，先进先出公平锁是指未处于阻塞队列中的线程来争抢锁，如果队列不为空，则老实到队尾等待非公平锁是指未处于阻塞队列中的线程来争抢锁，与队列头唤醒的线程去竞争，谁抢到算谁的公平锁会降低吞吐量，一般不用
条件变量
ReentrantLock 中的条件变量功能类似于普通 synchronized 的 wait，notify，用在当线程获得锁后，发现条件不满足时，临时等待的链表结构
与 synchronized 的等待集合不同之处在于，ReentrantLock 中的条件变量可以有多个，可以实现更精细的等待、唤醒控制
代码说明
day02.TestReentrantLock 用较为形象的方式演示 ReentrantLock 的内部结构
5. volatile
要求
掌握线程安全要考虑的三个问题
掌握 volatile 能解决哪些问题
原子性
起因：多线程下，不同线程的指令发生了交错导致的共享变量的读写混乱
解决：用悲观锁或乐观锁解决，volatile 并不能解决原子性
可见性
起因：由于编译器优化、或缓存优化、或 CPU 指令重排序优化导致的对共享变量所做的修改另外的线程看不到
解决：用 volatile 修饰共享变量，能够防止编译器等优化发生，让一个线程对共享变量的修改对另一个线程可见
有序性
起因：由于编译器优化、或缓存优化、或 CPU 指令重排序优化导致指令的实际执行顺序与编写顺序不一致
解决：用 volatile 修饰共享变量会在读、写共享变量时加入不同的屏障，阻止其他读写操作越过屏障，从而达到阻止重排序的效果
注意：
volatile 变量写加的屏障是阻止上方其它写操作越过屏障排到volatile 变量写之下volatile 变量读加的屏障是阻止下方其它读操作越过屏障排到volatile 变量读之上volatile 读写加入的屏障只能防止同一线程内的指令重排
代码说明
day02.threadsafe.AddAndSubtract 演示原子性
day02.threadsafe.ForeverLoop 演示可见性
注意：本例经实践检验是编译器优化导致的可见性问题
day02.threadsafe.Reordering 演示有序性
需要打成 jar 包后测试
请同时参考视频讲解
6. 悲观锁 vs 乐观锁
要求
掌握悲观锁和乐观锁的区别
对比悲观锁与乐观锁
悲观锁的代表是 synchronized 和 Lock 锁
其核心思想是【线程只有占有了锁，才能去操作共享变量，每次只有一个线程占锁成功，获取锁失败的线程，都得停下来等待】线程从运行到阻塞、再从阻塞到唤醒，涉及线程上下文切换，如果频繁发生，影响性能实际上，线程在获取 synchronized 和 Lock 锁时，如果锁已被占用，都会做几次重试操作，减少阻塞的机会
乐观锁的代表是 AtomicInteger，使用 cas 来保证原子性
其核心思想是【无需加锁，每次只有一个线程能成功修改共享变量，其它失败的线程不需要停止，不断重试直至成功】由于线程一直运行，不需要阻塞，因此不涉及线程上下文切换它需要多核 cpu 支持，且线程数不应超过 cpu 核数
代码说明
day02.SyncVsCas 演示了分别使用乐观锁和悲观锁解决原子赋值
请同时参考视频讲解
7. Hashtable vs ConcurrentHashMap
要求
掌握 Hashtable 与 ConcurrentHashMap 的区别
掌握 ConcurrentHashMap 在不同版本的实现区别
更形象的演示，见资料中的 hash-demo.jar，运行需要 jdk14 以上环境，进入 jar 包目录，执行下面命令
java -jar --add-exports java.base/jdk.internal.misc=ALL-UNNAMED hash-demo.jar
Hashtable 对比 ConcurrentHashMap
Hashtable 与 ConcurrentHashMap 都是线程安全的 Map 集合
Hashtable 并发度低，整个 Hashtable 对应一把锁，同一时刻，只能有一个线程操作它
ConcurrentHashMap 并发度高，整个 ConcurrentHashMap 对应多把锁，只要线程访问的是不同锁，那么不会冲突
ConcurrentHashMap 1.7
数据结构：Segment(大数组) + HashEntry(小数组) + 链表，每个 Segment 对应一把锁，如果多个线程访问不同的 Segment，则不会冲突
并发度：Segment 数组大小即并发度，决定了同一时刻最多能有多少个线程并发访问。Segment 数组不能扩容，意味着并发度在 ConcurrentHashMap 创建时就固定
索引计算
假设大数组长度是 $2^m$，key 在大数组内的索引是 key 的二次 hash 值的高 m 位假设小数组长度是 $2^n$，key 在小数组内的索引是 key 的二次 hash 值的低 n 位扩容：每个小数组的扩容相对独立，小数组在超过扩容因子时会触发扩容，每次扩容翻倍Segment[0] 原型：首次创建其它小数组时，会以此原型为依据，数组长度，扩容因子都会以原型为准
ConcurrentHashMap 1.8
数据结构：Node 数组 + 链表或红黑树，数组的每个头节点作为锁，如果多个线程访问的头节点不同，则不会冲突。首次生成头节点时如果发生竞争，利用 cas 而非 syncronized，进一步提升性能
并发度：Node 数组有多大，并发度就有多大，与 1.7 不同，Node 数组可以扩容
扩容条件：Node 数组满 3/4 时就会扩容
扩容单位：以链表为单位从后向前迁移链表，迁移完成的将旧数组头节点替换为 ForwardingNod
扩容时并发 get
根据是否为 ForwardingNode 来决定是在新数组查找还是在旧数组查找，不会阻塞如果链表长度超过 1，则需要对节点进行复制（创建新节点），怕的是节点迁移后 next 指针改变如果链表最后几个元素扩容后索引不变，则节点无需复制
扩容时并发 put
如果 put 的线程与扩容线程操作的链表是同一个，put 线程会阻塞如果 put 的线程操作的链表还未迁移完成，即头节点不是 ForwardingNode，则可以并发执行如果 put 的线程操作的链表已经迁移完成，即头结点是 ForwardingNode，则可以协助扩容
与 1.7 相比是懒惰初始化
capacity 代表预估的元素个数，capacity / factory 来计算出初始数组大小，需要贴近 $2^n$
loadFactor 只在计算初始数组大小时被使用，之后扩容固定为 3/4
超过树化阈值时的扩容问题，如果容量已经是 64，直接树化，否则在原来容量基础上做 3 轮扩容
8. ThreadLocal
要求
掌握 ThreadLocal 的作用与原理
掌握 ThreadLocal 的内存释放时机
作用
ThreadLocal 可以实现【资源对象】的线程隔离，让每个线程各用各的【资源对象】，避免争用引发的线程安全问题
ThreadLocal 同时实现了线程内的资源共享
原理
每个线程内有一个 ThreadLocalMap 类型的成员变量，用来存储资源对象
调用 set 方法，就是以 ThreadLocal 自己作为 key，资源对象作为 value，放入当前线程的 ThreadLocalMap 集合中
调用 get 方法，就是以 ThreadLocal 自己作为 key，到当前线程中查找关联的资源值
调用 remove 方法，就是以 ThreadLocal 自己作为 key，移除当前线程关联的资源值
ThreadLocalMap 的一些特点
key 的 hash 值统一分配
初始容量 16，扩容因子 2/3，扩容容量翻倍
key 索引冲突后用开放寻址法解决冲突
弱引用 key
ThreadLocalMap 中的 key 被设计为弱引用，原因如下
Thread 可能需要长时间运行（如线程池中的线程），如果 key 不再使用，需要在内存不足（GC）时释放其占用的内存
内存释放时机
被动 GC 释放 ke
仅是让 key 的内存释放，关联 value 的内存并不会释放
懒惰被动释放 value
get key 时，发现是 null key，则释放其 value 内存set key 时，会使用启发式扫描，清除临近的 null key 的 value 内存，启发次数与元素个数，是否发现 null key 有关
主动 remove 释放 key，value
会同时释放 key，value 的内存，也会清除临近的 null key 的 value 内存推荐使用它，因为一般使用 ThreadLocal 时都把它作为静态变量（即强引用），因此无法被动依靠 GC 回收
