java JUC编程

Java并发工具包（JUC），全称Java Util Concurrent，是Java提供的一个用于构建多线程应用程序的工具包，位于java.util.concurrent包及其子包中。

并发编程主要解决以下三个经典问题：

1. **原子性问题（Atomicity）**:
   - 原子性指的是一个操作或者一组操作要么全部执行，要么全部不执行，不会出现中间状态。在并发环境下，由于多个线程可能会同时访问和修改共享数据，因此需要确保对共享数据的操作是原子性的，避免数据不一致的问题。

2. **可见性问题（Visibility）**:
   - 可见性是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程对变量的修改对其他线程是可见的。在没有适当同步的情况下，线程可能会看到变量的旧值，而不是最新值。Java内存模型（JMM）定义了内存的可见性规则，需要通过适当的同步机制（如 `volatile` 关键字、synchronized）来解决可见性问题。

3. **有序性问题（Ordering）**:
   - 有序性问题指的是在并发环境中，由于编译器优化、处理器乱序执行等原因，代码的执行顺序可能会与编写顺序不同，导致不可预期的行为。为了确保程序的正确性，需要使用内存屏障（如 `volatile` 变量的读写）、synchronized 块或锁等机制来保证操作的顺序性。

volatile: 保证变量的可见性和禁止指令重排(有序性问题)。

而加锁可以解决以上三个问题。

除了这三个经典问题，还有其他一些并发编程中可能需要关注的方面：

- **死锁（Deadlock）**:
  - 死锁发生在多个线程互相等待对方持有的资源，导致程序无法继续执行。需要通过设计避免死锁的策略，如使用锁顺序、超时锁尝试等。

- **活锁（Livelock）**:
  - 活锁是指线程在不断尝试执行操作，但因为其他线程的干扰而无法取得进展。需要通过合理的线程调度和资源分配策略来避免。

- **资源限制（Resource Limitation）**:
  - 在并发程序中，资源（如内存、数据库连接等）的使用需要考虑限制和配额，以避免资源耗尽导致系统崩溃。

- **性能优化（Performance Optimization）**:
  - 并发程序的性能优化是一个持续的过程，需要考虑线程池大小、任务调度、锁的粒度和种类等因素。线程并不是越多越好，根据谷歌推荐我们开启线程数=CPU数量＋1就是最优。线程多了，线程上下文切换会造成资源浪费

解决这些问题通常需要使用并发工具（如同步机制、并发集合、原子变量等），以及遵循并发编程的最佳实践。

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在Java中，多线程环境下有几种不同的队列，它们用于不同的目的，包括任务调度、线程同步等。以下是一些常见的队列：

1. **任务队列**:
   - 每个线程都有自己的任务队列，用于存储 `Runnable` 对象。当线程执行 `run()` 方法时，实际上是从这个队列中取出任务并执行。

2. **就绪队列（Ready Queue）**:
   - 就绪队列是调度器用来管理所有处于就绪状态的线程的队列。线程在等待CPU时间时，会进入这个队列。调用Start方法，进入就绪队列，等待cpu分给线程分时间片

3. **阻塞队列（Blocking Queues）**:
   - Java并发API提供了多种阻塞队列实现，如 `ArrayBlockingQueue`、`LinkedBlockingQueue`、`PriorityBlockingQueue` 等。这些队列用于线程间的协调，当生产者线程放入元素或消费者线程取出元素时，如果操作不能立即执行，线程将会被阻塞。

4. **等待队列（Wait Queue）**:
   - 等待队列通常与同步控制相关，如 `Object.wait()` 方法会导致线程进入等待队列。当调用 `wait()` 的线程在等待某个条件变量时，它们会被放入该对象的等待队列。

5. **锁的等待队列**:
   - 当一个线程尝试获取一个已经被其他线程持有的锁时，它会进入该锁的等待队列。一旦锁被释放，等待队列中的线程将有机会获取该锁。

6. **线程池的工作队列**:
   - 线程池（如 `ExecutorService`）内部通常有一个工作队列，用于存储待执行的任务。线程池中的线程会从这个队列中获取任务。

7. **延迟任务队列**:
   - 延迟任务队列用于存储需要在未来某个时间点执行的任务，如 `ScheduledExecutorService` 使用的延迟任务队列。

8. **消息队列**:
   - 在某些并发框架或消息传递系统中，可能会使用消息队列来传递消息或事件，线程会从消息队列中接收消息进行处理。

9. **信号量队列**:
   - 使用 `Semaphore` 时，如果获取信号量失败，线程可能会进入信号量队列，等待信号量的释放。

这些队列是Java多线程编程中用于任务调度、线程同步和协调的重要组成部分。不同的队列适用于不同的场景，开发者可以根据具体需求选择合适的队列来实现线程间的协作。

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当某个线程调用 `notify` 方法（或 `notifyAll`）时，它不会直接将等待队列中的线程移动到其他类型的队列。`notify` 方法的作用是唤醒在该对象上等待的单个线程，而 `notifyAll` 唤醒所有等待该对象的线程。以下是这一过程的详细说明：

1. **唤醒等待线程**:
   - 当线程调用 `notify` 或 `notifyAll` 时，至少有一个线程必须在该对象上等待，即处于该对象的等待队列（Wait Queue）中。

2. **锁状态改变**:
   - 被唤醒的线程不会立即从等待队列移动到就绪队列（Ready Queue）。首先，唤醒操作仅改变这些线程的状态，使它们从 `WAITING` 状态变为 `BLOCKED` 状态，并在锁的监视下等待进入同步块。

3. **竞争锁**:
   - 被唤醒的线程现在将尝试获取锁。如果只有一个线程被唤醒，它将尝试获取锁并进入同步块。如果有多个线程被唤醒（`notifyAll` 的情况），它们将竞争获取锁。

4. **进入就绪队列**:
   - 当线程成功获取锁后，它将从 `BLOCKED` 状态变为 `READY` 状态，并进入就绪队列等待CPU调度执行。

5. **线程调度**:
   - 线程调度器将选择就绪队列中的线程来执行。如果被唤醒的线程成功获取CPU时间并开始执行，它将从就绪队列进入运行队列。

6. **锁未获取的情况**:
   - 如果被唤醒的线程未能获取锁（例如，有其他线程持有锁或有更高优先级的线程在等待），它将重新进入等待队列，并等待下一次锁释放的机会。

7. **锁获取成功**:
   - 一旦锁被获取，线程将执行与该锁关联的同步代码块，之后可能会释放锁，允许其他线程进入。

总结来说，调用 `notify` 或 `notifyAll` 方法仅唤醒等待队列中的线程，并不直接将它们移动到就绪队列。线程需要在竞争锁成功后，才能从等待队列进入就绪队列，并最终获得执行机会。这个过程是线程同步机制的一部分，确保了共享资源的线程安全访问。
 

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`Thread.join()` 方法不会使线程进入线程等待队列。相反，它的作用是让当前线程等待（阻塞）直到被调用 `join()` 方法的线程终止。以下是 `Thread.join()` 方法的一些关键点：

1. **等待其他线程终止**:
   当一个线程A调用另一个线程B的 `join()` 方法时，线程A会等待直到线程B完成执行。

2. **阻塞行为**:
   `join()` 方法导致调用它的线程（即主调用线程）进入阻塞状态，而不是进入任何队列。

3. **线程生命周期**:
   在等待期间，调用 `join()` 的线程不会执行任何操作，直到被加入的线程（即子线程）执行完毕。

4. **返回控制**:
   一旦被加入的线程终止，`join()` 方法会返回，控制权会重新回到调用它的线程。

5. **死锁避免**:
   使用 `join()` 方法时，需要注意避免死锁。确保线程间的 `join()` 调用不是循环的。

6. **指定等待时间**:
   `join()` 方法还可以接受一个参数，表示等待的时间长度（单位为毫秒）。如果指定了时间参数，调用线程将等待直到子线程终止或超时。

   ```java
   thread.join(1000); // 等待最多1秒
   ```

7. **中断处理**:
   如果调用 `join()` 的线程被中断，`join()` 方法会抛出 `InterruptedException`。

8. **线程调度**:
   `join()` 方法不会影响线程调度，它只是简单地让当前线程等待，直到满足退出条件。

9. **同步工具的替代**:
   尽管 `join()` 方法可以用于线程间的同步，但它不是显式的同步控制机制，如 `wait()` 和 `notify()`。

`Thread.join()` 是Java并发编程中一个非常有用的工具，用于确保一个线程在另一个线程执行完毕之前不继续执行。它在处理线程依赖关系和确保资源按特定顺序释放时非常有用。
 

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`Thread.yield()` 方法是 Java 中的一个静态方法，用于提示线程调度器当前线程愿意放弃当前的 CPU 时间片。这个方法的目的是让线程调度器可以选择另一个相同优先级的线程来运行，从而提高系统的响应性。

然而，调用 `Thread.yield()` 并不保证一定会发生线程上下文切换，也就是说，当前线程可能马上再次被调度执行。以下是一些关键点：

1. **线程调度器的响应**:
   - 线程调度器可能会响应 `yield` 调用，选择另一个相同优先级的线程来运行，但这不是一定的。

2. **线程优先级**:
   - `yield` 方法只影响当前线程的优先级组内的线程。如果当前线程是最高优先级的线程，或者没有其他同优先级的线程处于可运行状态，那么 `yield` 调用可能不会有任何效果。

3. **上下文切换**:
   - 即使 `yield` 调用导致线程调度器选择了另一个线程，也不一定会发生完整的线程上下文切换。线程调度器的实现可能允许在不进行完整上下文切换的情况下进行线程切换。

4. **自旋**:
   - 在某些情况下，如果线程调度器没有立即选择另一个线程，当前线程可能会在 `yield` 调用后继续执行，这称为自旋。

5. **使用场景**:
   - `yield` 方法通常用于线程间的协作，例如在自旋锁或其他同步算法中，当线程无法获得所需的条件时，可以使用 `yield` 来让出 CPU 时间片。

6. **线程调度器的实现**:
   - 线程调度器的实现可能影响 `yield` 方法的行为。不同的 JVM 实现或不同的操作系统的线程调度器可能以不同的方式处理 `yield` 调用。

7. **性能影响**:
   - 过度使用 `yield` 可能会导致性能问题，因为它增加了线程调度的开销。

总的来说，`Thread.yield()` 是一个提示，它建议线程调度器让当前线程暂停执行，但它不保证一定会发生线程上下文切换，也不保证当前线程会立即停止执行。在实际编程中，应谨慎使用 `yield`，以避免不可预测的行为和潜在的性能问题。
 

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Java 中的 `interrupt()` 方法是 `Thread` 类的一个实例方法，用于中断线程的状态。以下是 `interrupt()` 方法的一些关键点：

1. **请求中断**:
   - `interrupt()` 方法用于向线程发送一个中断请求。这并不立即停止线程，而是设置线程的中断状态。

2. **线程响应**:
   - 线程可以通过检查 `Thread.interrupted()` 或 `this.interrupted()` 来响应中断请求。

3. **中断状态**:
   - 中断状态是一个标志，可以通过 `isInterrupted()` 方法查询。

4. **清除中断状态**:
   - 调用 `interrupt()` 方法会清除当前线程的中断状态。因此，如果需要检查中断状态，应该在调用 `interrupt()` 之前进行。

5. **响应中断**:
   - 线程可以通过捕获 `InterruptedException` 来响应中断请求。例如，在调用阻塞操作（如 `sleep()`、`wait()`、`join()` 等）时，如果线程被中断，这些方法会抛出 `InterruptedException`。

6. **中断其他线程**:
   - 一个线程可以调用另一个线程的 `interrupt()` 方法来请求中断它。但是，实际的中断效果取决于被请求中断的线程是否响应中断。

7. **中断状态与线程结束**:
   - 中断请求不会强制终止线程，它只是给线程一个信号，表明应该在适当的时候停止执行。

8. **中断标志传播**:
   - 在响应中断时，中断状态可以通过 `InterruptedException` 传播到调用栈的上层。

9. **线程中断协调**:
   - 线程应该定期检查中断状态，并在适当的时候响应中断请求。

10. **守护线程与中断**:
    - 守护线程（Daemon Thread）在执行时对中断不敏感，即使收到中断请求，也不会抛出 `InterruptedException`。

示例代码：
```java
Thread thread = new Thread(() -> {
    try {
        // 执行一些长时间运行的任务
        Thread.sleep(10000);
    } catch (InterruptedException e) {
        // 线程被中断时的处理
        System.out.println("线程被中断");
        Thread.currentThread().interrupt(); // 重新设置中断状态
    }
});

thread.start();

// 请求中断线程
thread.interrupt();
```

在这个示例中，当 `interrupt()` 方法被调用时，它会设置线程的中断状态。线程在 `sleep()` 期间被中断，会捕获 `InterruptedException`，并打印一条消息。然后，它重新设置中断状态，以便调用栈上层可以检测到中断状态。