线程

1 创建线程的方式及实现
ans:（1) 继承Thread类，覆盖run()方法，通过start()方法启动线程
(2) 实现Runnable／Callable接口，实现run()方法，通过start()方法启动线程
继承Thread类的问题在于，如果用户定义的任务类已经有父类存在，就不能再继承Thread，Java不允许多继承。使用Runnable／Callable接口就能避免这个问题，也能将任务与运行解耦。
每个任务都启动一个线程比较浪费，通常的做法是使用线程池，将任务交给线程池进行处理。

2 sleep() 、join（）、yield（）有什么区别
ans: sleep() 将使任务暂停给定的时间；
join() 表示当前线程挂起，直到目标线程结束，也可以指定等待超时时间；
sleep() 和 yield() 在线程等待期间并不会释放持有的锁。
yield() 将当前线程的CPU使用权让出，表示自己的任务已经完成，使线程重新回到可执行状态。只能使同优先级或更高优先级的线程有执行的机会。
参考：http://www.cnblogs.com/yhc20091116/p/4317338.html

3 AQS 同步队列
ans: AQS是AbstractQueuedSynchronizer, 一个用来构建锁和同步工具的框架。它内部保存一个int类型的state变量，其含义由子类根据自己的场景决定。AQS主要负责维护这个state变量和一个阻塞线程的等待队列，以及提供一些判断处理方法，有独占和共享两种模式。使用AQS可以按需要实现以下五个方法：
tryAcquire：独占模式下尝试获取资源。如果这个方法返回失败，则将线程放入阻塞队列，直到其他线程发出释放信号。
tryRelease：独占模式下释放资源
tryAcquireShared：共享模式下尝试获取资源。如果方法返回失败，则将线程放入阻塞队列。
tryReleaseShared：共享模式下释放资源。
isHeldExclusively：该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。

4 CountDownLatch 原理
ans: CountDownLatch是一个计数器，可以用它设置一个初始值，调用await()方法的线程都将阻塞，直到计数器值为0，可以使用countDown()方法对计数每次减一。典型的应用场景是 将一个任务分级为多个子任务，并等待它们全部完成后主线程返回。
CountDownLatch 内部定义了一个类Sync继承AQS，初始化时将计数传递给AQS，作为state值。线程调用await()方法时，会尝试获取共享锁，由CountDownLatch 实现tryAcquireShared()方法，获取state值并判断是否为0（即所有任务已完成），如果不为0则将线程加入阻塞队列。
而 countDown()方法实际就是释放共享锁（state减1），当计数=0时开始唤醒阻塞的节点，因为节点都是共享类型的，所有阻塞的节点都会被通知到。

5 CyclicBarrier 原理
ans: CyclicBarrier是一个可以重复使用的等待屏障工具，它能够使一组互相等待直到到达共同的屏障点。常用于线程组，可以在等待线程释放后重用。它支持一个可选的Runnable回调，在最后一个线程完成后，屏障释放前执行。
如果参与的某个线程由于中断、超时、或失败而离开屏障，那么其他等待中的线程也会抛出BrokenBarrierException异常停止等待，继续运行。
CyclicBarrier 内部保存一个可重入锁、参与线程数量的计数 和一个表示批次的对象Generation，用它来区分每个批次。
每个批次开始的时候，线程调用await()方法，CyclicBarrier 先用可重入锁加锁，以保证只有一个线程此时能进行以下操作：
（1）检查当前批次是否已经被破坏，或线程已被中断。如果是，中断该批次，线程抛出异常。
（2）计数减1，如果此时计数=0，表示所有线程都已就位，那么唤醒所有线程，开启以下个批次。
（3）如果此时计数>0，则将当前线程阻塞，直到失败或超时异常抛出，或唤醒条件达成。

6 CountDownLatch 与 CyclicBarrier 区别
ans: CountDownLatch 不可重复使用，使用一个继承AQS的内部类来维护计数和等待队列。
CyclicBarrier 可重复使用，自己维护计数，使用ReentrantLock维护等待队列。

7 Semaphore 原理
ans: Semaphore 是计数信号量，常用于限制访问资源的线程数量。每当线程需要访问一个资源，就要向Semaphore 请求一个许可，当线程处理完成后，就向Semaphore返回这个许可。如果请求许可时未成功，线程就将阻塞等待。Semaphore 初始化时可以选择两种模式：公平模式和非公平模式，默认为非公平模式，所谓公平，指的是保证线程获得许可的顺序与访问顺序相同。
Semaphore 内部定义了一个类Sync继承AQS，初始化时将计数传递给AQS，作为state值。
线程调用acquire()方法请求信号量许可，Semaphore会检查当前资源是否能够满足请求，如果是就更新资源数量并返回， 如果不能则将当前线程加入阻塞队列。
线程处理完成，调用release()方法释放资源，如果有正在等待的线程，就从队列中取出唤醒。

8 Exchanger 原理
ans: Exchanger 是交换器，用于在两个线程之间交换各自的数据，适合用于生产者-消费者场景。
API比较简单，只有一个exchange()方法，线程将自己需要交换的数据传入，如果另一个线程已经调用了exchange()并且也传入了自己的数据，那么方法会立刻返回；如果是第一个到达的线程，就先阻塞等待，需要交换的对象到达后被唤醒。
其内部定义了一个类Participant，实际是一个ThreadLocal，用于保存一个数据对象和一个要交换的槽位。Exchanger有两种数据交换的方式，当并发量低的时候，内部采用“单槽位交换”；并发量高的时候会采用“多槽位交换”。
“单槽位交换” 场景下，只需要检查单槽位交换节点是否为空，如果为空就表示自己是第一个到达的，如果不为空说明两个线程都已到达，获取节点的数据，并将自己的数据赋给节点的槽位，使另一个线程能够获得数据。
“多槽位交换”场景下，根据当前线程的数据携带结点Node中的index字段计算出命中的槽位。如果槽位被占用，说明已经有线程先到了，之后的处理和单槽位交换一样；如果槽位为null，说明当前线程是先到的，就占用槽位，然后线程等待。
参考：https://segmentfault.com/a/1190000015963932

9 ThreadLocal 原理，ThreadLocal为什么会出现OOM，出现的深层次原理
ans: ThreadLocal 是线程本地变量，ThreadLocal表面上看是一个共享变量，实际它会在每个线程保存一个本线程专用的副本，这样一来就解决了多线程情况下需要变量保存不同数据的问题。
Thread类保存了一个成员变量ThreadLocalMap，它是ThreadLocal的内部类，这就是实际存储变量副本的位置，key 是 ThreadLocal的弱引用，value 是真正需要存储的数据。当我们需要对变量进行set()或get()操作时，ThreadLocal就会从当前线程中获取ThreadLocalMap，利用这个变量来操作。
由于将ThreadLocal的弱引用作为key，一旦ThreadLocal变量没有外部强引用，那么GC时必然会被回收，这样ThreadLocalMap中就会出现key=null的entry，无法访问它的value，如果线程迟迟不结束，那么这些value会一直被ThreadLocalMap引用，不能被回收，造成内存泄漏。大量线程存在这样的情况下，就可能出现OOM。
为了防止出现这个问题，Java官方建议一旦不再使用ThreadLocal变量，就立刻调用remove()方法，清除数据。
参考：https://blog.csdn.net/GoGleTech/article/details/78318712

10 讲讲线程池的实现原理
ans：Java的线程成ThreadPoolExecutor主要负责接收用户提交的任务，管理线程资源，以及线程调度。
ThreadPoolExecutor 一共定义了四种状态：
（1）当创建线程池后，初始时，线程池处于RUNNING状态；
（2）如果调用了shutdown()方法，则线程池处于SHUTDOWN状态，此时线程池不能够接受新的任务，它会等待所有任务执行完毕；
（3）如果调用了shutdownNow()方法，则线程池处于STOP状态，此时线程池不能接受新的任务，并且会去尝试终止正在执行的任务；
（4）当线程池处于SHUTDOWN或STOP状态，并且所有工作线程已经销毁，任务缓存队列已经清空或执行结束后，线程池被设置为TERMINATED状态。
对于用户提交的任务：
（1）线程池会首先检查当前线程数是否小于核心池大小，如果小于，那么创建新的线程来执行任务；
（2）否则，如果当前线程池处于RUNNING状态，则将任务放入任务缓存队列（BlockingQueue），放入队列后需要再次检查线程池状态，如果已关闭就需要拒绝处理；但如果当前正在运行的线程数=0，就要新建线程执行任务。
（3）如果当前线程池不处于RUNNING状态或者任务放入缓存队列失败，执行reject()方法进行任务拒绝处理。
用户可以自定义核心池大小、线程池最大数量、线程等待时间、线程工厂、拒绝策略 这些参数。不过官方推荐使用Executors创建线程池，这个类定义了三类线程池：见11问。

11 线程池的几种方式
ans: newCachedThreadPool() 创建一个可缓存空闲线程的线程池。如果当前有可以直接使用的空闲线程，就直接将任务赋给它；如果没有就新建一个线程添加到线程池中。如果一个线程60秒未被使用，线程池将会回收它。这类线程池通过对线程的重复使用提高性能。
newFixedThreadPool() 创建一个线程数固定的线程池，每提交一个任务就创建一个线程，直到到达设置的限额。
SingleThreadExecutor() 创建一个仅有一个线程的线程池，一般用在需要顺序执行的场景。
newScheduledThreadPool() 创建一个固定线程数的线程池，以延迟或定时的方式来执行任务。

12 线程的生命周期

线程状态转换.png

新建new：创建后尚未启动
运行runnable：start() 启动之后，包括等待CPU时间片的Ready状态和正在运行的running状态。
无期限等待waiting：此时线程必须等待被唤醒，否则不会分配CPU时间片，如wait() 、join() 方法。
期限等待 timed waiting：此时线程也不会被分配CPU时间片，但经过一段时间它们会自动被系统唤醒。如sleep(), wait(timeout), join(timeout)
阻塞 blocked：线程被阻塞，可能是在等待一个锁或者资源
结束 terminated：线程已经终止，结束运行。
参考：《深入理解JVM》12.4.3

13 静态变量、实例变量、局部变量线程安全吗，为什么？
ans：静态变量属于类成员，存放于方法区，能被所有实例共享，也就是说能够被多个线程观察到，不是线程安全的。
实例变量属于对象成员，存放在堆中，各对象之间不是共享的，是线程安全的。但单例模式的实例变量除外。
局部变量作用域仅限于方法或语句块内，保存在栈上，线程间不会共享，是线程安全的。

14 corePoolSize maximumPoolSize 有什么区别
ans：core = 线程池基本大小，在不超时情况下，保持活跃的最少线程数
max = 可以创建的最大线程数
当我们向 ThreadPoolTaskExecutor 提交新任务时，如果正在运行的线程少于 corePoolSize 线程，即使池中有空闲线程，或者如果正在运行的线程少于 maxPoolSize 且由 queueCapacity 定义的队列已满，它也会创建一个新线程。

15 线程池有哪些参数
ans：corePoolSize 核心线程数
maximumPoolSize 最大线程数
keepAliveTime 线程空闲时间
BlockingQueue<Runnable> 等待队列
ThreadFactory 线程工厂
RejectedExecutionHandler 任务拒绝处理器