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1. 多线程基本概念
1.1 轻量级过程
在 JVM 中，一个线程，其实是一个轻量级过程（LWP）。所谓的轻量级过程，其实是用户过程调用零碎内核，所提供的一套接口。实际上，java 培训它还要调用更加底层的内核线程（KLT）。
实际上，JVM 的线程创立销毁以及调度等，都是依赖于操作系统的。如果你看一下 Thread 类外面的多个函数，你会发现很多都是 native 的，间接调用了底层操作系统的函数。
下图是 JVM 在 Linux 上简略的线程模型。
能够看到，不同的线程在进行切换的时候，会频繁在用户态和内核态进行状态转换。这种切换的代价是比拟大的，也就是咱们平时所说的上下文切换（Context Switch）。
1.2 JMM
在介绍线程同步之前，咱们有必要介绍一个新的名词，那就是 JVM 的内存模型 JMM。
JMM 并不是说堆、metaspace 这种内存的划分，它是一个齐全不同的概念，指的是与线程相干的 Java 运行时线程内存模型。
因为 Java 代码在执行的时候，很多指令都不是原子的，如果这些值的执行程序产生了错位，就会取得不同的后果。比方，i++ 的动作就能够翻译成以下的字节码。
getfield // Field value:I
iconst_1
iadd
putfield // Field value:I
这还只是代码层面的。如果再加上 CPU 每核的各级缓存，这个执行过程会变得更加细腻。如果咱们心愿执行完 i ++ 之后，再执行 i –，仅靠高级的字节码指令，是无奈实现的。咱们须要一些同步伎俩。
上图就是 JMM 的内存模型，它分为主存储器（Main Memory）和工作存储器（Working Memory）两种。咱们平时在 Thread 中操作这些变量，其实是操作的主存储器的一个正本。当批改完之后，还须要从新刷到主存储器上，其余的线程才可能晓得这些变动。
1.3 Java 中常见的线程同步形式
为了实现 JMM 的操作，实现线程之间的变量同步，Java 提供了十分多的同步伎俩。
- Java 的基类 Object 中，提供了 wait 和 notify 的原语，来实现 monitor 之间的同步。不过这种操作咱们在业务编程中很少遇见
- 应用 synchronized 对办法进行同步，或者锁住某个对象以实现代码块的同步
- 应用 concurrent 包外面的可重入锁。这套锁是建设在 AQS 之上的
- 应用 volatile 轻量级同步关键字，实现变量的实时可见性
- 应用 Atomic 系列，实现自增自减
- 应用 ThreadLocal 线程局部变量，实现线程关闭
- 应用 concurrent 包提供的各种工具，比方 LinkedBlockingQueue 来实现生产者消费者。实质还是 AQS
- 应用 Thread 的 join，以及各种 await 办法，实现并发工作的程序执行
从下面的形容能够看出，多线程编程要学的货色可切实太多了。侥幸的是，同步形式尽管变幻无穷，但咱们创立线程的形式却没几种。
第一类就是 Thread 类。大家都晓得有两种实现形式。第一能够继承 Thread 笼罩它的 run 办法；第二种是实现 Runnable 接口，实现它的 run 办法；而第三种创立线程的办法，就是通过线程池。
其实，到最初，就只有一种启动形式，那就是 Thread。线程池和 Runnable，不过是一种封装好的快捷方式罢了。
多线程这么简单，这么容易出问题，那常见的都有那些问题，咱们又该如何防止呢？上面，我将介绍 10 个高频呈现的坑，并给出解决方案。
2. 避坑指南
2.1. 线程池打爆机器
首先，咱们聊一个十分十分低级，但又产生了严重后果的多线程谬误。
通常，咱们创立线程的形式有 Thread，Runnable 和线程池三种。随着 Java1.8 的遍及，当初最罕用的就是线程池形式。
有一次，咱们线上的服务器呈现了僵死，就连近程 ssh，都登录不上，只能无奈的重启。大家发现，只有启动某个利用，过不了几分钟，就会呈现这种状况。最终定位到了几行让人哭笑不得的代码。
有位对多线程不太熟悉的同学，应用了线程池去异步解决音讯。通常，咱们都会把线程池作为类的动态变量，或者是成员变量。然而这位同学，却将它放在了办法外部。也就是说，每当有一个申请到来的时候，都会创立一个新的线程池。当申请量一减少，系统资源就被耗尽，最终造成整个机器的僵死。
void realJob(){
ThreadPoolExecutor exe = new ThreadPoolExecutor(...);
exe.submit(new Runnable(){...})}
这种问题如何去防止？只能通过代码 review。所以多线程相干的代码，哪怕是非常简单的同步关键字，都要交给有教训的人去写。即便没有这种条件，也要十分认真的对这些代码进行 review。
2.2. 锁要敞开
相比拟 synchronized 关键字加的独占锁，concurrent 包外面的 Lock 提供了更多的灵活性。能够依据须要，抉择偏心锁与非偏心锁、读锁与写锁。
但 Lock 用完之后是要敞开的，也就是 lock 和 unlock 要成对呈现，否则就容易呈现锁泄露，造成了其余的线程永远了拿不到这个锁。
如上面的代码，咱们在调用 lock 之后，产生了异样，try 中的执行逻辑将被中断，unlock 将永远没有机会执行。在这种状况下，线程获取的锁资源，将永远无奈开释。
private final Lock lock = new ReentrantLock();
void doJob(){
try{lock.lock();
// 产生了异样
lock.unlock();}catch(Exception e){}}
正确的做法，就是将 unlock 函数，放到 finally 块中，确保它总是可能执行。
因为 lock 也是一个一般的对象，是能够作为函数的参数的。如果你把 lock 在函数之间传来传去的，同样会有时序逻辑凌乱的状况。在平时的编码中，也要防止这种把 lock 当参数的状况。
2.3. wait 要包两层
Object 作为 Java 的基类，提供了四个办法 wait wait(timeout) notify notifyAll，用来解决线程同步问题，能够看出 wait 等函数的位置是如许的高大。在平时的工作中，写业务代码的同学应用这些函数的机率是比拟小的，所以一旦用到很容易出问题。
但应用这些函数有一个十分大的前提，那就是必须应用 synchronized 进行包裹，否则会抛出 IllegalMonitorStateException。比方上面的代码，在执行的时候就会报错。
final Object condition = new Object();
public void func(){
condition.wait();
}
相似的办法，还有 concurrent 包里的 Condition 对象，应用的时候也必须呈现在 lock 和 unlock 函数之间。
为什么在 wait 之前，须要先同步这个对象呢？因为 JVM 要求，在执行 wait 之时，线程须要持有这个对象的 monitor，显然同步关键字可能实现这个性能。
然而，仅仅这么做，还是不够的，wait 函数通常要放在 while 循环里才行，JDK 在代码里做了明确的正文。
重点：这是因为，wait 的意思，是在 notify 的时候，可能向下执行逻辑。但在 notify 的时候，这个 wait 的条件可能曾经是不成立的了，因为在期待的这段时间里条件条件可能产生了变动，须要再进行一次判断，所以写在 while 循环里是一种简略的写法。
final Object condition = new Object();
public void func(){
synchronized(condition){
while(< 条件成立 >){
condition.wait();
}
}
}
带 if 条件的 wait 和 notify 要包两层，一层 synchronized，一层 while，这就是 wait 等函数的正确用法。
2.4. 不要笼罩锁对象
应用 synchronized 关键字时，如果是加在一般办法上的，那么锁的就是 this 对象；如果是加载 static 办法上的，那锁的就是 class。除了用在办法上，synchronized 还能够间接指定要锁定的对象，锁代码块，达到细粒度的锁管制。
如果这个锁的对象，被笼罩了会怎么样？比方上面这个。
List listeners = new ArrayList();
void add(Listener listener, boolean upsert){
synchronized(listeners){List results = new ArrayList();
for(Listener ler:listeners){...}
listeners = results;
}}
下面的代码，因为在逻辑中，强行给锁 listeners 对象进行了从新赋值，会造成锁的错乱或者生效。
为了保险起见，咱们通常把锁对象申明成 final 类型的。
final List listeners = new ArrayList();
或者间接申明专用的锁对象，定义成一般的 Object 对象即可。
final Object listenersLock = new Object();
2.5. 解决循环中的异样
在异步线程里解决一些定时工作，或者执行工夫十分长的批量解决，是常常遇到的需要。我就不止一次看到小伙伴们的程序执行了一部分就进行的状况。
排查到这些停止的根本原因，就是其中的某行数据产生了问题，造成了整个线程的死亡。
咱们还是来看一下代码的模板。
volatile boolean run = true;
void loop(){
while(run){for(Task task: taskList){
//do . sth
int a = 1/0;
}
}}
在 loop 函数中，执行咱们真正的业务逻辑。当执行到某个 task 的时候，产生了异样。这个时候，线程并不会持续运行上来，而是会抛出异样间接停止。在写一般函数的时候，咱们都晓得程序的这种行为，但一旦到了多线程，很多同学都会忘了这一环。
值得注意的是，即便是非捕捉类型的 NullPointerException，也会引起线程的停止。所以，时刻把要执行的逻辑，放在 try catch 中，是个十分好的习惯。
volatile boolean run = true;
void loop(){
while(run){for(Task task: taskList){
try{
//do . sth
int a = 1/0;
}catch(Exception ex){//log}
}
}}
2.6. HashMap 正确用法
HashMap 在多线程环境下，会产生死循环问题。这个问题曾经失去了宽泛的遍及，因为它会产生十分重大的结果：CPU 跑满，代码无奈执行，jstack 查看时阻塞在 get 办法上。
至于怎么进步 HashMap 效率，什么时候转红黑树转列表，这是下里巴人的八股界话题，咱们下里巴人只关注怎么不出问题。
网络上有具体的文章形容死循环问题产生的场景，大体因为 HashMap 在进行 rehash 时，会造成环形链。某些 get 申请会走到这个环上。JDK 并不认为这是个 bug，尽管它的影响比拟顽劣。
如果你判断你的汇合类会被多线程应用，那就能够应用线程平安的 ConcurrentHashMap 来代替它。
HashMap 还有一个平安删除的问题，和多线程关系不大，但它抛出的是 ConcurrentModificationException，看起来像是多线程的问题。咱们一块来看看它。
Map<String, String> map = new HashMap<>();
map.put(“xjjdog0”, “ 狗 1 ”);
map.put(“xjjdog1”, “ 狗 2 ”);
for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
String key = entry.getKey();
if ("xjjdog0".equals(key)) {map.remove(key);
}}
下面的代码会抛出异样，这是因为 HashMap 的 Fail-Fast 机制。如果咱们想要平安的删除某些元素，应该应用迭代器。
Iterator<Map.Entry<String, String>> iterator = map.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
Map.Entry<String, String> entry = iterator.next();
String key = entry.getKey();
if (“xjjdog0”.equals(key)) {
iterator.remove();}
}
2.7. 线程平安的爱护范畴
应用了线程平安的类，写进去的代码就肯定是线程平安的么？答案是否定的。
线程平安的类，只负责它外部的办法是线程平安的。如我咱们在里面把它包了一层，那么它是否能达到线程平安的成果，就须要从新探讨。
比方上面这种状况，咱们应用了线程平安的 ConcurrentHashMap 来存储计数。尽管 ConcurrentHashMap 自身是线程平安的，不会再呈现死循环的问题。但 addCounter 函数，显著是不正确的，它须要应用 synchronized 函数包裹才行。
private final ConcurrentHashMap<String,Integer> counter;
public int addCounter(String name) {
Integer current = counter.get(name);
int newValue = ++current;
counter.put(name,newValue);
return newValue;}
这是开发人员常踩的坑之一。要达到线程平安，须要看一下线程平安的作用范畴。如果更大维度的逻辑存在同步问题，那么即便应用了线程平安的汇合，也达不到想要的成果。
2.8. volatile 作用无限
volatile 关键字，解决了变量的可见性问题，能够让你的批改，立马让其余线程给读到。
尽管这个货色在面试的时候问的挺多的，包含 ConcurrentHashMap 中队 volatile 的那些优化。但在平时的应用中，你真的可能只会接触到 boolean 变量的值批改。
volatile boolean closed;
public void shutdown() {
closed = true; }
千万不要把它用在计数或者线程同步上，比方上面这样。
volatile count = 0;
void add(){
++count;}
这段代码在多线程环境下，是不精确的。这是因为 volatile 只保障可见性，不保障原子性，多线程操作并不能保障其正确性。
间接用 Atomic 类或者同步关键字多好，你真的在乎这纳秒级别的差别么？
2.9. 日期解决要小心
很多时候，日期解决也会出问题。这是因为应用了全局的 Calendar,SimpleDateFormat 等。当多个线程同时执行 format 函数的时候，就会呈现数据错乱。
SimpleDateFormat format = new SimpleDateFormat(“yyyy-MM-dd hh:mm:ss”);
Date getDate(String str){
return format(str);}
为了改良，咱们通常将 SimpleDateFormat 放在 ThreadLocal 中，每个线程一份拷贝，这样能够防止一些问题。当然，当初咱们能够应用线程平安的 DateTimeFormatter 了。
static DateTimeFormatter FOMATTER = DateTimeFormatter.ofPattern(“MM/dd/yyyy HH:mm:ss”);
public static void main(String[] args) {
ZonedDateTime zdt = ZonedDateTime.now();
System.out.println(FOMATTER.format(zdt));}
2.10. 不要在构造函数中启动线程
在构造函数，或者 static 代码块中启动新的线程，并没有什么谬误。然而，强烈不举荐你这么做。
因为 Java 是有继承的，如果你在构造函数中做了这种事，那么子类的行为将变得十分魔幻。另外，this 对象可能在结构结束之前，出递到另外一个中央被应用，造成一些不可意料的行为。
所以把线程的启动，放在一个一般办法，比方 start 中，是更好的抉择。它能够缩小 bug 产生的机率。
起源：小姐姐滋味 作者：小姐姐养的狗
