1 常见问题

1.1 线程协作

先搞懂线程协作的一些基本操作，面试经常要用到！

1.1.1 Object中

• wait、notify

• wait：让出锁，阻塞等待

• notify/notifyAll：唤醒wait的进程，注意，具体唤醒哪一个要看优先级，同优先级的看运气

notifyAll优先级测试，猜一下输出？

package com.itheima.busi;
public class NotifyTest {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] lock = new byte[0];
        Thread t1 = new Thread(()‐>{
            synchronized (lock){
                try {
                    lock.wait();
                    System.out.println("t1 started");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(()‐>{
            synchronized (lock){
                try {
                    lock.wait();
                    System.out.println("t2 started");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        Thread t3 = new Thread(()‐>{
            synchronized (lock){
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                    System.out.println("t3 notify");
                    lock.notifyAll();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        t1.setPriority(1);
        t2.setPriority(3);
        t3.setPriority(2);
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

结果分析：wait让出锁，t3得到执行，t3唤醒后，虽然t1先start，但是优先级低，所以t2优先执行

t3
t1
t2
也有可能
t3
t2
t1

1.1.2 Thread中

• sleep

• sleep：暂停一下，只是让出CPU的执行权，并不释放锁。

猜一下结果……

package com.itheima;
public class SleepTest{
    public static void main(String[] args) {
        final byte[] lock = new byte[0];
        new Thread(()‐>{
            synchronized (lock){
                System.out.println("start");
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("end");
            }
        }).start();
        new Thread(()‐>{
            synchronized (lock){
                System.out.println("need lock");
            }
        }).start();
    }
}

结果

start
end
need lock

分析：

新的thread无法异步执行，被迫等待锁，跟着sleep

• yield

• yield：不释放锁，运行中转为就绪，让出cpu给大家去竞争。当然有可能自己又抢了回来

想一下，以下代码有可能是什么结果……

yield让cpu，不让锁，所以其他线程包括自己当前的这个线程都会去竞争cpu的执行权，所以当多个线程去争cou执行权的时候，有些线程同时需要这把锁的话，锁被之前的那个线程占着，你不能执行，及时你抢到了cpu执行权。

而且其他没有用到锁的线程，就可以拥有优先执行的机会。

package com.itheima;
public class YieldTest{
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final byte[] lock = new byte[0];
       
        //让出执行权，但是锁不释放
        Thread t1 = new Thread(()‐>{
            synchronized (lock){
                System.out.println("start");
                Thread.yield();
                System.out.println("end");
            }
        });
        //可以抢t1，但是拿不到锁，白费
        Thread t2 = new Thread(()‐>{
            synchronized (lock){
                System.out.println("need lock");
            }
        });
        //不需要锁，可以抢t1的执行权，但是能不能抢得到，不一定
        //所以多执行几次，会看到不同的结果……
        Thread t3 = new Thread(()‐>{
            System.out.println("t3 started");
        });
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

分析：

t3会插队抢到执行权，但是t2不会，因为t2和t1共用一把锁而yield不会释放

t3不见得每次都能抢到。可能t1让出又抢了回去

• join

上面那些例子都是兄弟线程并列关系，这个是父子关系。

• join：父线程等待子线程执行完成后再执行，将异步转为同步。注意调的是子线程，阻断的是父线程

一个典型的join案例，打开和关闭join看下结果：

package com.itheima;
public class JoinTest implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("I am sub");
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread sub = new Thread(new JoinTest());
        sub.start();
//        sub.join();
        System.out.println("I am main");
    }
}

分析：

如果不join，main先跑完

I am main
I am sub

如果join，main必须等待sub之后才输出

I am sub
I am main

扩展：concurrent.lock中， Condition.await()，signal/signalAll 与 wait/notify效果一样

1.2 死锁

1.2.1 现象

很简单，先看一个案例。双锁互相等待。

package com.itheima;
public class DeadLock {
    byte[] lock1 = new byte[0];
    byte[] lock2 = new byte[0];
    void f1() throws InterruptedException {
        synchronized (lock1){
            Thread.sleep(1000);
            synchronized (lock2){
                System.out.println("f1");
            }
        }
    }
    void f2() throws InterruptedException {
        synchronized (lock2){
            Thread.sleep(1000);
            synchronized (lock1){
                System.out.println("f2");
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        DeadLock deadLock = new DeadLock();
        new Thread(()‐>{
            try {
                deadLock.f1();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
        new Thread(()‐>{
            try {
                deadLock.f2();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
    }
}

1.2.2 死锁的条件

• 互斥使用，即资源只能独享，一个占了其他都必须等。
• 不可抢占，资源一旦被占，就只能等待占有者主动释放，其他线程抢不走。
• 贪婪占有，占着一把锁不释放，同时又需要申请另一把。
• 循环等待，即存在等待环路，A → B → C → A。

1.2.3 排查

jdk自带工具

• jps + jstack pid

通过jps找到线程号，再执行jstack pid，找到 Found one Java-level deadlock:xxx

• jconsole

执行jconsole，打开窗口，找到 线程 → 检测死锁

• jvisualvm

执行jvisualvm，打开窗口，双击线程pid，打开线程，会提示死锁，dump查看线程信息

1.2.4 如何避免

• 合理搭配锁顺序，如果必须获取多个锁，我们就要考虑不同线程获取锁的次序搭配
• 少用synchronized，多用Lock.tryLock方法并配置超时时间
• 对多线程保持谨慎。拿不准的场景宁可不用。线上一旦死锁往往正是高访问时间段。代价巨大

1.3 饥饿线程

1.3.1 概念

如果一个线程因为 CPU 时间全部被其他线程抢走而始终得不到 CPU 运行时间，看一个案例：

读代码，猜一猜结果？

package com.itheima;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
public class HungryThread{
    ReentrantReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
    void write(){
        readWriteLock.writeLock().lock();
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        readWriteLock.writeLock().unlock();
    }


    void read(){
        readWriteLock.readLock().lock();
        System.out.println("read");
        readWriteLock.readLock().unlock();
    }


    public static void main(String[] args) {
        HungryThread hungryThread = new HungryThread();


        Thread t1 = new Thread(()‐>{
            //不停去拿写锁，拿到后sleep一段时间，释放
            while (true) {
                hungryThread.write();
            }
        });


        Thread t2 = new Thread(()‐>{
            //不停去拿读锁，虽然是读锁，但是...看下面！
            while (true){
                hungryThread.read();
            }
        });


        t1.setPriority(9);
        //优先级低！
        t2.setPriority(1);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

结果分析：

read几乎不会出现，甚至一直都拿不到锁。处于饥饿状态

StampedLock

package com.itheima;
import java.util.concurrent.locks.StampedLock;
public class StampedThread {


    StampedLock lock = new StampedLock();


    void write(){
        long stamp = lock.writeLock();
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        lock.unlock(stamp);
    }


    void read(){
        //乐观读
        long stamp = lock.tryOptimisticRead();
        //判断是否有写在进行，没占用的话，得到执行，打印read
        if (lock.validate(stamp)){
            System.out.println("read");
        }
    }


    public static void main(String[] args) {
        StampedThread stampedThread = new StampedThread();
        Thread t1 = new Thread(()‐>{
            while (true) {
                stampedThread.write();
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(()‐>{
            while (true){
                stampedThread.read();
            }
        });
        t1.setPriority(9);
        t2.setPriority(1);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

结果分析：

read间隔性打出，提升了读操作的并发性

注意，StampedLock的使用有局限性！

• 对于读多写少的场景 StampedLock 性能很好，简单的应用场景基本上可以替代 ReadWriteLock
• StampedLock 在命名上并没有 Reentrant，StampedLock 是不可重入的！
• StampedLock 的悲观读锁、写锁都不支持条件变量（无法使用Condition）

案例：StampedLock是不可重入锁！

可重入锁指的获取到锁后,如果同步块内需要再次获取同一把锁的时候,直接放行,而不是等待。其意义在于防止死锁。前面使用的synchronized 和ReentrantLock 都是可重入锁。

package com.itheima.thread;
import java.util.concurrent.locks.StampedLock;
public class StampedReetrant {
    public static void main(String[] args) {
        StampedLock lock = new StampedLock();
        long stamp1 = lock.writeLock();
            System.out.println(1);
            long stamp2 = lock.writeLock();
                System.out.println(2);
            lock.unlock(stamp2);
        lock.unlock(stamp1);
    }
}

1.3.2 饥饿线程产生原因

高优先级线程吞噬所有的低优先级线程的 CPU 时间。

锁始终被别的线程抢占。

1.3.3 解决饥饿问题的方案

• 保证资源充足
• 避免持有锁的线程长时间执行，设置一定的退出机制
• 在高风险地方使用公平锁

2 解决方案

2.1 demo准备

2.1.1 boot项目

搭建springboot web项目，集成mybatis，druid连接池，rabbitmq（抢单用），swagger

mysql，rabbitmq使用docker启动，操作参考如下

docker安装说明：

https://www.runoob.com/docker/windows-docker-install.html

启动：

#mysql
#注意，D:/data/mysql是机器上要挂载的数据库存放目录
#需要在自己机器上创建这个路径
#同时要注意，windows下安装docker后，必须选中磁盘share，参考下面的截图
docker run ‐‐name mysql ‐v D:/data/mysql:/var/lib/mysql ‐p3306:3306 ‐e MYSQL_ROOT_PASSWORD=root ‐d daocloud.io/mysql:5.7.4


#rabbitmq
#这个不需要挂盘
docker run ‐d ‐‐hostname my‐rabbit ‐‐name rabbit ‐p 15672:15672 ‐p5672:5672 daoc

2）建表

• orders表，超时订单案例会用到

 CREATE TABLE `orders` (
    `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
    `name` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '商品名称（demo使用，现实中为外键id）',
    `createtime` datetime DEFAULT NULL COMMENT '创建时间',
    `updatetime` datetime DEFAULT NULL COMMENT '更新时间',
    `invalid` int(11) DEFAULT NULL COMMENT '失效时间（单位秒）',
    `status` tinyint(4) DEFAULT NULL COMMENT '状态（0=新增，‐1=失效）',
    PRIMARY KEY (`id`)
  );

• product表，库存和排序会用到

CREATE TABLE `product` (
  `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '商品名称',
  `num` int(11) DEFAULT '0' COMMENT '库存数',
  `price` float DEFAULT '0' COMMENT '价格',
  PRIMARY KEY (`id`)
);

• flashorder表，记录抢购后的单子

CREATE TABLE `flashorder` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `productid` int(11) NOT NULL COMMENT '抢到的商品id',
  `userid` int(11) NOT NULL COMMENT '用户id，这里用抢购线程的id模拟',
  PRIMARY KEY (`id`)
);

3）调试

启动springboot项目后，访问 http://localhost:8080/doc.html 进入swagger可以调试所有demo接口

2.2 超时订单

2.2.1 设计方案

1. 定时扫表：写定时任务轮询扫订单表，挨个比对时间，超时的更新掉

• 数据量小时，一般万级以内可以。几万到上亿的数据，显然不可取。
• 当前项目多处于分库分表模式，扫描需要扫多个表甚至跨库

2. 延迟消费：在下订单时，同时投放一个队列用于延迟操作，常见队列有三种

• DelayQueue，简单，不借助任何外部中间件，可借助db事务，down机丢失，同时注意内存占用
• 消息队列，设置延迟并监听死信队列，注意消息堆积产生的监控报警
• redis过期回调，redis对内存空间的占用

具体采取哪种延迟手段，根据企业实际情况，临时性的场合（比如某个抢购活动），可以采用方案一，系统化的订单取消，比如电商系统默认30分钟不支付取消规则，2号方案居多。

为加深线程相关内容，本章节采用方案一

2.2.2 实现

• 定义delay的对象，实现Delay接口

package com.itheima.thread.order;
 
  import com.itheima.thread.mapper.Orders;
 
  import java.util.concurrent.Delayed;
  import java.util.concurrent.TimeUnit;
 
  public class OrderDto implements Delayed {
      private int id;
      private long invalid;
 
      public OrderDto(Orders o){
          this.id = o.getId();
          this.invalid = o.getInvalid()*1000 + System.currentTimeMillis();
      }
 
      //倒计时，降到0时队列会吐出该任务
      @Override
      public long getDelay(TimeUnit unit) {
          return invalid ‐ System.currentTimeMillis();
      }
 
      @Override
      public int compareTo(Delayed o) {
          OrderDto o1 = (OrderDto) o;
          return this.invalid ‐ o1.invalid <= 0 ? ‐1 : 1;
      }
 
      public int getId() {
          return id;
      }
 
      public long getInvalid() {
          return invalid;
      }
  }

• 定义监控类，启动守护进程，如果有超时任务，提交进线程池

package com.itheima.thread.order;
import com.itheima.thread.mapper.Orders;
import com.itheima.thread.mapper.OrdersMapper;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.DelayQueue;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
@Component
public class OrderMonitor {
    @Autowired
    OrdersMapper mapper ;
    //延时队列
    final DelayQueue<OrderDto> queue = new DelayQueue<OrderDto>();
    //任务池
    ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);


    //投放延迟订单
    public void put(OrderDto dto){
        this.queue.put(dto);
        System.out.println("put task:"+dto.getId());
    }


    //在构造函数中启动守护线程
    public OrderMonitor(){
        this.execute();
        System.out.println("monitor started");
    }
    //守护线程
    public void execute(){
        new Thread(()‐>{
            while (true){
                try {
                    OrderDto dto = queue.take();
                    System.out.println("take task:"+dto.getId());
                    service.execute(new Task(dto));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
    }


    //任务类
    class Task implements Runnable{
        OrderDto dto;
        Task(OrderDto dto){
            this.dto = dto;
       }
        @Override
        public void run() {
            Orders orders = new Orders();
            orders.setId(dto.getId());
            orders.setUpdatetime(new Date());
            orders.setStatus(‐1);
            System.out.println("cancel order:"+orders.getId());
            mapper.updateByPrimaryKeySelective(orders);
        }
    }
}

• 在add订单业务中，同时扔一份到queue，注意事务性

     @PostMapping("/add")
      @Transactional
      public int add(@RequestParam String name){
          Orders order = new Orders();
          order.setName(name);
          order.setCreatetime(new Date());
          order.setUpdatetime(new Date());
          //超时时间，取10‐20之间的随机数（秒）
          order.setInvalid(new Random().nextInt(10)+10);
          order.setStatus(0);
          mapper.insert(order);
          //事务性验证
  //        int i = 1/0;
          monitor.put(new OrderDto(order));
          return order.getId();
      }

2.3 加/减库存

2.3.1 设计方案

1）rabbitmq异步排队：使用rabbitmq先排队，请求到来时之间入队，界面显示排队中，消费端逐个消费，同时扣减库存，界面轮询查询结果。可能会出现排队半天抢完的情况。

2）库存预热：使用缓存或内存变量，活动开始前从db中提取库存值初始化，请求到来时直接扣减，及时提醒。可能出现一种感觉，活动刚开始就抢没了……

实际企业秒杀场景下，方案1居多，为讲解多线程，本课程采用2

2.3.2 实现

初始化库存缓存

public Map load(){
    products.clear();
    List<Product> list = productMapper.selectByExample(null);
    list.forEach(p ‐> {
        products.put(p.getId(),new AtomicInteger(p.getNum()));
    });
    return products;
}

抢购代码，开启10个线程，不停去抢，减库存，如果抢到，异步刷库。

public void go(int productId){
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        new Thread(()‐>{
            int count = 0;
            long userId = Thread.currentThread().getId();
            while (products.get(productId).getAndDecrement() > 0){
                count++;
                //扔消息队列，异步处理
                template.convertAndSend("promotion.order",productId+","+userId);
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"抢到:"+count);
        }).start();
    }
}

注意分析控制台结果：

• 前端线程立刻抢购得到结果，给出每个线程抢到的商品数
• 后面异步处理缓慢得到结果，操作db

2.4 价格排序

2.4.1 设计方案

1）直接数据库sort，这种最典型

2）redis缓存zset获取，在商品列表缓存，web网站排序场景中常见

3）内存排序，有时候，需要复杂的运算和比较逻辑，sql sort操作表达不出来时，必须进入内存运算

本课程使用方案3，规则模拟按价格排序

2.4.2 实现

1）针对内存排序，首先想到的是实现Comparable接口，在多线程知识背景下，可以运用所学的ForkJoin实现归并排序。

2）算法回顾

3）ForkJoinTask，任务实现算法

package com.itheima.thread.order;
import com.itheima.thread.mapper.Product;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;
public class SortTask extends RecursiveTask<List<Product>> {
    private List<Product> list;
    public SortTask(List<Product> list){
        this.list = list;
    }
    @Override
    //分拆与合并
    protected List<Product> compute() {
        if (list.size() > 2){
            //如果拆分的长度大于2，继续拆
            int middle = list.size() / 2 ;
            //拆成两个
            List<Product> left = list.subList(0,middle);
            List<Product> right = list.subList(middle+1,list.size());
            //子任务fork出来
            SortTask task1 = new SortTask(left);
            task1.fork();
            SortTask task2 = new SortTask(right);
            task2.fork();
            //join并返回
            return mergeList(task1.join(),task2.join());
        }else if (list.size() == 2 && list.get(0).getPrice() > list.get(1).getPrice()){
            //如果长度达到2个了，但是顺序不对，交换一下
            //其他如果2个且有序，或者1个元素的情况，不需要管他
            Product p = list.get(0);
            list.set(0,list.get(1));
            list.set(1,p);
        }
        //交换后的返回，这个list已经是每个拆分任务里的有序值了
        return list;
    }
    //归并排序的合并操作，目的是将两个有序的子list合并成一个整体有序的集合
    //遍历两个子list，依次取值，两边比较，从小到大放入新list
    //注意，left和right是两个有序的list，已经从小到大排好序了
    private List<Product> mergeList(List<Product> left,List<Product> right){
        if (left == null || right == null) return null;
        //合并后的list
        List<Product> total = new ArrayList<>(left.size()+right.size());
        //list1的下标
        int index1 = 0;
        //list2的下标
        int index2 = 0;
       //逐个放入total，所以需要遍历两个size的次数之和
        for (int i = 0; i < left.size()+right.size(); i++) {
            //如果list1的下标达到最大，说明list1已经都全部放入total
            if (index1 == left.size()){
                //那就从list2挨个取值，不需要比较直接放入total
                total.add(i,right.get(index2++));
                continue;
            }else if (index2 == right.size()){
                //如果list2已经全部放入，那规律一样，取list1
                total.add(i,left.get(index1++));
                continue;
            }
            //到这里说明，1和2中还都有元素，那就需要比较，把小的放入total
            //list1当前商品的价格
            Float p1 = left.get(index1).getPrice();
            //list2当前商品的价格
            Float p2 = right.get(index2).getPrice();
            Product min = null;
            //取里面价格小的，取完后，将它的下标增加
            if (p1 <= p2){
                min = left.get(index1++);
            }else{
                min = right.get(index2++);
            }
            //放入total
            total.add(min);
        }
        //这样处理后，total就变为两个子list的所有元素，并且从小到大排好序
        System.out.println(total);
        System.out.println("‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐");
        return total;
    }
}

4）调用过程

package com.itheima.thread.order;
import com.itheima.thread.mapper.Product;
import com.itheima.thread.mapper.ProductMapper;
import io.swagger.annotations.Api;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.Future;
@RestController
@RequestMapping("/sort")
@Api(value = "多线程排序测试demo")
public class SortController {
    @Autowired
    ProductMapper mapper;
    @GetMapping("/list")
    List<Product> sort() throws ExecutionException, InterruptedException {
        //查商品列表
        List<Product> list = mapper.selectByExample(null);
        //线程池
        ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool(2);
        //开始运算，拆分与合并
        Future<List<Product>> future = pool.submit(new SortTask(list));
        return future.get();
    }
}