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作者：JavaGieGie
微信公众号：Java开发零到壹
前言
上一期的蹲坑系列我们介绍了多线程的基础知识，是不是和你平时的了解有些出入呢。
《蹲坑也能进大厂》多线程这几道基础面试题，80%小伙伴第一题就答错
今天继续讲解多线程相对基础的理论知识点，如果你是新手或者对多线程了解不多，千万不要想着上去就肝实战课，没用的，随便出一个bug你都看不出来啥原因，花GIe强烈建议跟着本系列走完（手动狗头护体）。
我：哟呼，狗剩子今天怎么不在家修养，也不陪你女朋友，又来公司写bug啊
狗剩子：嘿嘿，怎么可能不陪女朋友，我们每天形影不离
我：......
狗剩子：趁着今天没人，走，坑里见，我要和你坦诚相对。
正文
我：狗剩子，请听第一题，守护线程和用户线程有什么区别？
我们应该知道，Java有两种线程：【守护线程Daemon】与【用户线程User】，两者的唯一的区别就是：虚拟机离开时，如果JVM中所有线程都是守护线程时，JVM就会自动退出；但是如果还有一个或以上的非守护线程则不会退出。
我：昨天问过你notify，那你知道Java中notify 和 notifyAll有什么区别？或者说我们怎么选择使用哪一种？
昨天的事居然还记得，你这记性还可以呀，我都忘记了。
是这样的，notify不能指定唤醒某一个具体的线程（这是网上说的，俺就跟着说，至于为啥后面告诉你），可能会导致信号丢失这样的问题，只有在一个线程等待的时候才是它的主场，而notifyAll会唤醒所有等待线程，并允许他们争夺锁，虽然效率不高，但是可以保证至少有一个线程继续执行。如果想要使用notify，必须确保满足以下两种情况。
- 一次通知仅需要唤醒最多一条线程。
- 所有等待唤醒的线程，自身处理逻辑相同。举个栗子大家就会明白，比如使用Runnable接口实例创建的不同线程，或者同一个Thread子类new出来的多个实例。
我：不要得意，这都是开胃菜，再问你一个，wait为什么只能在代码块中使用？
啥？（心里捣鼓）wait只能在代码块中使用吗，我咋不知道。那是....可能wait有洁癖，喜欢一个人自嗨吧。
我：你踏马....
哦...我想起来了，我们可以反过来想，如果wait不要求在同步块中，那可能会发生以下的错误。
先看一处用wait、notify实现的线程安全队列的代码：
class BlockingQueue {
Queue<String> buffer = new LinkedList<String>();
//
public void give(String data) {
buffer.add(data);
notify(); // Since someone may be waiting in take!
}
public String take() throws InterruptedException {
while (buffer.isEmpty()) // don't use "if" due to spurious wakeups.
wait();
return buffer.remove();
}
}
- 消费者A调用
take()， 此时buffer.isEmpty()为true； - 消费者A进入while，在调用
wait()方法之前, 生产者B调用了一个完整的give()（ 即buffer.add(data)和notify()）； - 之后消费者A调用了
wait()，但是错过了生产者B调用的notify()； - 如果之后没有别的生产者调用give()方法，消费者A所在线程则会一直等待。
我：这波解释我都忍不住给你点个赞，你知道Java中锁是什么吗？
锁的概念小伙伴们也可以，在学习完花Gie的volatile之后再看。
锁这个东西说起来很抽象, 你可以就把它想象成现实中的锁, 至于他的防盗锁、金锁、还是指纹锁并不重要，哪怕它就是一根草绳，一个自行车、甚至一坨那啥，都可以当做锁。 锁是什么外在形象并不重要，重要的是它代表的含义: 谁持有它, 谁就有独立访问临界资源的权利。
我：你有了解过什么是线程死锁吗？
死锁就是说两个或两个以上线程在执行过程中，由于竞争资源，它们都在等待某个资源被释放，因此线程被无限期地阻塞，此时的系统处于死锁状态。
如图，线程 A 持有资源 2，线程 B 持有资源 1，他们同时都想申请对方的资源，所以这两个线程就会互相等待而进入死锁状态。
我：那你知道形成死锁的四个必要条件吗？
咱家有啥不知道的，这就给你列举出来。
- 互斥条件：线程（进程）对分配到的资源具有排他性，也就是说该资源任意一个时刻只能有一个进程占用。
- 请求与保持条件：一个线程（进程）因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
- 不剥夺条件：线程（进程）已获得的资源在末使用完之前不能被其他线程强行剥夺，只有自己使用完毕后才释放资源。
- 循环等待条件：当发生死锁时，所等待的线程(进程)必定形成一个环路，死循环造成永久堵塞。
我：既然你知道形成死锁的条件，那你肯定知道如何避免咯？
正所谓对症下药，想要避免死锁，那就需要破坏者四个必要条件的任意一个即可。
- 破坏互斥条件：此路不通，因为我们用锁本来就是想让他们互斥的。
- 破坏请求与保持条件：一次性申请所有的资源。
- 破坏不剥夺条件：占有资源线程可以尝试申请其它资源，如果申请不到，可以主动释放它占有的资源。
- 破坏循环等待条件：按照某一顺序申请资源，释放资源时则反序释放。
我：这波回答的不错，昨晚是不是偷偷准备了。狗剩子请继续听题，上下文切换晓得吗？
麻烦尊重俺一下，以后请叫狗爷。
说到上下文切换，那我们得先知道什么是上下文，直白说上下文就是某个时间点CPU寄存器和程序计数器的内容。
拓展：每个线程都有一个程序计数器（记录要执行的下一条指令），一组寄存器（保存当前线程的工作变量），堆栈（记录执行历史，其中每一帧保存了一个已经调用但未返回的过程）。
寄存器：寄存器就是CPU内部内存，负责存储已经、正在和将要执行的任务，数量较少但是速度很快，与之相对应的是CPU外部相对较慢的RAM主内存。
程序计数器：程序计数器是一个专用的寄存器，用于表明指令序列CPU当前执行的位置，存储的内容是正在执行指令的位置或下一次将要执行指令的位置。
大致了解了上下文，那上下文切换也就简单了，它是指当前任务执行完，CPU时间片切换到下一个任务之前会先保存自己的状态，以便下次再切换回这个任务时可以继续执行下去，任务从保存到再加载执行就是一次上下文切换。
如果还不是十分清楚，可以分下面三个步骤理解。
- 挂起一个进程，将这个进程在CPU中的状态（上下文）存储在内存中；
- 在内存中检索下一个进程的上下文，并且将该进程在CPU的寄存器中回复；
- 跳转到程序计数器所指向的位置，也就是该进程被中断时，代码当时执行到的位置，从而恢复该进程。
我：讲的好详细，突然好心动，那上下文切换会带来什么问题呢？
看完上面介绍我们应该有一个感觉，那就是如果高并发情况下，频繁切换上下文会导致系统串行执行，运行速率大大降低。
- 直接消耗：包括CPU寄存器需要保存和加载, 系统调度器的代码需要执行。
- 间接消耗：CPU为了加快执行速度，会把常用的数据缓存起来，但是当上下文切换后（即CPU执行不同线程的不同代码），那原本所缓存的内容很大程度没有利用价值了，因此CPU就会重新进行缓存，这也导致线程被调度运行后，一开始启动速度会比较慢。
拓展：线程调度器为了避免频繁切换上下文带来的开销，会给每个被调度到的线程设置一个最小执行时间，从而减少上下文切换的次数，从而提高性能，但是缺点也显而易见，就是会降低响应速度。
我：那你跟我讲一下volatile是啥呗？
不了不了，今天快累死咱家了，老衲需要休息休息，明天我们再战。
总结
多线程知识点非常庞大，涉及到很多方面，特别是刚刚接触多线程的小伙伴，对于锁、上下文这种概念理解起来非常困难，想要真正全部掌握需要深究每一个问题所涉及到的知识面，比如怎么用wait/notify实现生产者消费者模式、线程的调度过程、Java代码如何一步步转化被CPU执行，还有非常重要的，就是上面这些知识点的原理是什么，Thread如何启动、中断线程的，线程间进行通信的原理是什么。
这些花GieGie后面都会逐步带大家掌握，有些大的知识点会拿出来进行单篇的讲解，希望大家持续关注，假日不打样，继续肝。
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