一、前言

计算机组成原理

计算机操作系统

数据结构与算法

备注：相声有四门基本功：说、学、逗、唱；编程也有四门基本功：机组原理、操作系统、数据结构预算法、计算机网络

二、知识储备

1、什么是进程、什么是线程

进程： CPU分配资源的基本单位。如何判断CPU运行的进程个数？即一个多核CPU有多少个待CPU执行的任务，就有多少个进程正在运行（即有多少的程序/PID）。

线程： CPU执行的基本单位。如何判断CPU运行的线程个数？即每一个进程有多少基本单位在执行。

2、当代cpu与存储器结构及速率比较

CPU包含：ALU<1ns（算术逻辑单元）、L0<1ns（寄存器）、L1≈1ns（一级缓存）、L2≈3ns（二级缓存）、L3≈15ns（三级缓存）

存储器包含：L0<1ns（寄存器）、L1≈1ns（一级缓存）、L2≈3ns（二级缓存）、L3≈15ns（三级缓存）、L4≈80ns（内存/主存）、L5（磁盘）、L6（远程文件服存储等）

3、CPU、内存、南北桥、PCI总线的运行逻辑

北桥：靠近CPU的为北桥芯片，主要负责控制AGP显卡、内存与CPU之间的数据交换；

南桥：靠近PCI槽的为南桥芯片，主要负责鼠标、硬盘、键盘、网卡以及附加卡的数据交换。

关系：传统的南北桥架构是通过PCI总线来连接的

4、cpu是乱序执行的，并且多核cpu存在缓存同步

证明cpu是乱序执行的（CPU层级）

证明JVM存在指令重排（Hotsport层级）

证明cpu存在缓存同步，即存在MESI缓存一致性协议（OS层级）

5、数据结构、算法及理论

双向链表

栈

队列

CLH

AQS

CAS

自旋

6、java的Unsafe操作

unpark();

park();

compareAndSwapObject();

...

三、线程的生命周期

1、java有几种创建线程方式？

a、本质上只有两种创建线程的方式

集成Thread类

实现Runnable接口

b、其他基于以上两种方式创建线程的外在表现

lambda表达式

Future接口

Callable接口

ThreadPool

2、如何正确启动线程？

正确：start()

错误：run()

3、如何正确停止线程？

正确：interrupt()

错误：stop()

4、线程生命周期的状态是如何转换的？

a、new -> runnable -> terminated

b、runnable -> blocked -> runnable

c、runnable -> waiting -> runnable

d、runnable -> time_waiting -> runnable

四、多线程安全

1、什么是线程安全

当多个线程访问一个对象时，如果不用考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替执行，也不需要进行额外的同步，或者在调用方进行任何其他的协同操作，调用这个对象的行为都可以获得正确的结果，那这个对象是线程安全的。——《Java Concurrency In Practice》

2、多线程三大特性

原子性：即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。

可见性：当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。

有序性：程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

3、synchronized

要点：加锁实现原子性

a、java代码层级：

加了synchronized关键字

b、字节码层级：

加了monitorenter， monitorexit

c、hotspot层级：

d、汇编码层级

重量级锁添加lock

4、volatile

要点：汇编 lock 实现了 volatile 的「防止指令重排」「内存可见」的特性

a、java代码层级

加了volatile关键字

b、字节码层级

属性上添加ACC_Volatile修饰

c、hotspot层级

内存屏障java规范

在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障。

在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障。

在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障。

在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障。

as-if-serial 原则

happens-before 原则

源码：

inline void OrderAccess::fence() {

  // always use locked addl since mfence is sometimes expensive

#ifdef AMD64

  __asm__ volatile ("lock; addl $0,0(%%rsp)" : : : "cc", "memory");

#else

  __asm__ volatile ("lock; addl $0,0(%%esp)" : : : "cc", "memory");

#endif

  compiler_barrier();

}

d、汇编码层级

lock addl $0x0,(%rsp)

e、OS层级

lock会触发缓存一致性协议，使用到该缓存行的其他cpu核的缓存失效。

5、AQS之ReentrantLock

五、实战

1、DCL单例

2、两个线程交替打印

3、多线程校验，尽快返回。即只要有一个线程false，停止其它线程。

4、死锁

5、发布逸出