并发编程-1

1. 本讲目标（讲义提炼）

• 理解线程安全问题的根因。
• 理解线程生命周期和状态流转。
• 掌握并发三大特性：原子性、可见性、有序性。
• 掌握JMM与happens-before规则。
• 建立synchronized、volatile、CAS、AQS的知识地图。

2. 面试优先级（按当前国内 Java 面试高频重排）

S 级（必问）

• JMM是什么？主内存/工作内存关系是什么？
• 可见性为什么会出问题？volatile如何保证可见性？
• 有序性为什么会被破坏？什么是指令重排和as-if-serial？
• happens-before常见规则（程序顺序、锁、volatile、传递性）。
• synchronized和ReentrantLock区别。
• 线程池核心参数、拒绝策略、参数怎么根据场景估算。

A 级（高概率追问）

• 线程六状态与状态转换（NEW/RUNNABLE/BLOCKED/WAITING/TIMED_WAITING/TERMINATED）。
• wait和sleep区别（是否释放锁、归属类、使用场景）。
• CAS原理与ABA问题。
• AQS的核心：state+ CLH 变体队列 + 获取/释放同步状态。
• ConcurrentHashMap1.7 vs 1.8。

B 级（场景题常用）

• 高并发接口优化：同步改异步、线程池隔离、压测验证。
• 多线程和事务配合时的一致性风险（部分成功、回滚边界）。
• 分布式锁边界问题（误删、续期、可重入、公平性）。

3. 核心知识（按讲义）

3.1 并发基础概念

• 并发：同一时间段内多个任务都在推进，不一定同一时刻同时执行。
• 并行：同一时刻多个任务同时执行（通常需要多核）。
• 线程与进程：
• 进程是资源分配基本单位，线程是调度执行基本单位。
• 线程共享进程的堆和方法区，线程私有栈和程序计数器。
• 上下文切换：
• 线程切换时保存/恢复寄存器、程序计数器等上下文信息。
• 切换频繁会带来性能损耗。

3.2 线程生命周期

• 六种状态：
• NEW
• RUNNABLE
• BLOCKED
• WAITING
• TIMED_WAITING
• TERMINATED
• 常见状态切换触发：
• start()：NEW -> RUNNABLE
• 获取锁失败：进入BLOCKED
• wait()/join()：进入WAITING
• sleep()/wait(timeout)/join(timeout)：进入TIMED_WAITING
• 执行完成或异常退出：TERMINATED

3.3waitvssleep

• wait()属于Object，必须在同步块/同步方法中调用，调用后释放锁。
• sleep()属于Thread，可在任意位置调用，不释放已持有的锁。
• wait()常用于线程通信；sleep()常用于暂停执行。

3.4 线程安全问题根因

• 根因：多个线程共享变量，且至少有一个线程在写。
• 只读共享通常线程安全；读写并发通常线程不安全。

3.5 并发三大特性

• 原子性：操作不可被中途打断。
• 可见性：一个线程对共享变量的修改，其他线程能及时看到。
• 有序性：程序执行顺序符合约束（但可能发生重排）。

3.6 指令重排与as-if-serial

• 编译器和处理器会为性能做重排序。
• 单线程中遵循as-if-serial：不改变单线程程序最终结果。
• 多线程下，重排可能破坏预期，导致可见性/有序性问题。

3.7JMM（Java 内存模型）

• JMM是并发读写共享变量的规范（JSR-133）。
• 共享变量存主内存；线程操作的是工作内存中的副本。
• 线程间不能直接读对方工作内存，必须通过主内存传递。
• JMM屏蔽不同硬件和 OS 的差异，统一并发语义。

3.8happens-before（必须会背）

• 程序顺序规则：同一线程内，前操作先行发生于后操作。
• 锁规则：解锁先行发生于后续对同一锁的加锁。
• volatile规则：对volatile变量的写先行发生于后续读。
• 传递性：A hb B，B hb C，则 A hb C。

4. 面试速答模板（可直接背）

4.1 什么是JMM？

• JMM是 Java 对多线程共享变量读写行为的规范，定义了主内存和工作内存的交互规则，目标是保证并发下的可见性、有序性和（部分）原子性，并通过happens-before约束编译器和 CPU 重排。

4.2volatile能保证什么？不能保证什么？

• 能保证：可见性、有序性（禁止特定重排）。
• 不能保证：复合操作原子性（例如i++）。

4.3synchronized和ReentrantLock怎么选？

• 先用synchronized，语义简单，JVM 原生优化成熟。
• 需要可中断、可超时、公平锁、多条件队列时用ReentrantLock。

4.4 线程池参数怎么定？

• 先区分 CPU 密集 vs IO 密集。
• CPU 密集：线程数通常Ncpu或Ncpu+1。
• IO 密集：线程数通常大于Ncpu，按压测和 RT/QPS 迭代调优。
• 必答补充：避免默认Executors，建议显式ThreadPoolExecutor参数。

5. 高频易错点

• 说volatile保证原子性：错误。
• 把并发和并行混为一谈：错误。
• 只背线程状态，不会画状态流转：面试容易挂。
• 线程池只会背 7 参数，不会结合业务给估算逻辑：容易被追问击穿。
• 只说概念，不说场景（例如“为什么你项目里要上异步和线程池”）：得分低。

6. 结合当前面试趋势的补充重点

• 并发题通常不会孤立问，常和项目优化/稳定性一起问：
• 例如：接口超时如何改造（同步改异步、线程池隔离、限流降级、压测对比）。
• AQS常和CountDownLatch、ReentrantLock、公平/非公平锁联动提问。
• Redis/分布式锁常与并发一致性一起问（误删、续期、可重入、超时）。

7. 面试前 30 分钟速查清单

• 我能否在 1 分钟内讲清JMM？
• 我能否准确说出volatile的能力边界？
• 我能否画出线程 6 状态转换？
• 我能否解释wait/sleep的 3 个核心差异？
• 我能否给出一个线程池参数设计案例？
• 我能否把并发问题和自己项目中的一次优化串起来讲？

8. 资料来源（用于“当前面试重点”参考）

• 牛客：2025-10 社招 Java 后端面经（线程池、AQS、锁等高频）
  https://www.nowcoder.com/feed/main/detail/46c0aba953de44628a7ebba0a8876577
• 牛客：2025-06 腾讯云智一面（异步+线程池、CountDownLatch、AQS、并发一致性）
  https://www.nowcoder.com/feed/main/detail/b6203bc1126043b9b8b8f1e65668c4fe
• 牛客：2025-04 Java 面经复盘（线程状态、wait/sleep、线程池、Synchronized、AQS、CAS）
  https://www.nowcoder.com/discuss/737270649135120384
• 牛客：2025 高频 200 题汇总（并发专题含 JMM、volatile、AQS、线程池）
  https://www.nowcoder.com/discuss/735091349921206272