新鲜出炉！看完这份多线程面试题，今年秋招我完全不慌

一、父子线程怎么共享数据

JDK的InheritableThreadLocal类可以完成父线程到子线程的值传递。但对于使用线程池等会池化复用线程的组件的情况，线程由线程池创建好，并且线程是池化起来反复使用的；这时父子线程关系的ThreadLocal值传递已经没有意义，应用需要的实际上是把任务提交给线程池时的ThreadLocal值传递到任务执行时。

核心类TransmittableThreadLocal：

public class TransmittableThreadLocal<T> extends InheritableThreadLocal<T> { ...... }

首先TransmittableThreadLocal继承自InheritableThreadLocal，这样可以在不破坏原有InheritableThreadLocal特性的情况下，还能充分使用Thread线程创建过程中执行init方法，从而达到父子线程传递数据的目的。

变量holder源码如下：

holder中存放的是InheritableThreadLocal本地变量

WeakHashMap支持存放空置

// 理解holder，需注意如下几点：
// 1、holder 是 InheritableThreadLocal 变量；
// 2、holder 是 static 变量；
// 3、value 是 WeakHashMap；
// 4、深刻理解 ThreadLocal 工作原理；
private static InheritableThreadLocal<Map<TransmittableThreadLocal<?>, ?>> holder =
    new InheritableThreadLocal<Map<TransmittableThreadLocal<?>, ?>>() {
      @Override
      protected Map<TransmittableThreadLocal<?>, ?> initialValue() {
          return new WeakHashMap<>();
      }
 
      @Override
      protected Map<TransmittableThreadLocal<?>, ?> childValue(Map<TransmittableThreadLocal<?>, ?> parentValue) {
          return new WeakHashMap<>(parentValue);
      }
};

主要方法源码如下：

get方法调用时，先获取父类的相关数据判断是否有数据，然后在holder中把自身也给加进去

set方法调用时，先在父类中设置，再本地判断是holder否为删除或者是新增数据

remove调用时，先删除自身，再删除父类中的数据，删除也是直接以自身this作为变量Key

// 调用 get() 方法时，同时将 this 指针放入 holder
public final T get() {
    T value = super.get();
    if (null != value) {
        addValue();
    }
    return value;
}
void addValue() {
    if (!holder.get().containsKey(this)) {
        holder.get().put(this, null); // WeakHashMap supports null value.
    }
}
// 调用 set() 方法时，同时处理 holder 中 this 指针
public final void set(T value) {
    super.set(value);
    if (null == value) { // may set null to remove value
        removeValue();
    } else {
        addValue();
    }
}
void removeValue() {
    holder.get().remove(this);
}

 

采用包装的形式来处理线程池中的线程不会执行初始化的问题，源码如下：

先取得holder

备份线程本地数据

run原先的方法

还原线程本地数据

public void run() {
     Object captured = this.capturedRef.get():
     if (captured != null && (!this.releaseTtlValueReferenceAfterRun ||
             this.capturedRef.compareAndSet(captured, (0bject) null))){
         Object backup = Transmitter.replay(captured);
         try {
             this.runnable.run();
         } finally {
             Transmitter.restore(backup);
         }
     }else{
         throw new IllegalStateException("TTL value reference is released after run!");
     }
}

 

处理线程池中的线程不会执行初始化的问题，备份方法：

先获取holder中的数据

进行迭代，数据在captured中不存在，但是holder中存在，说明是后来加进去的，进行删除

再将captured设置到当前线程中

public static Object repLay(@Nonnull Object captured) (
    Map<TransmittableThreadLocal<?>，Object>capturedMap = (Map) captured；
    Map<TransmittableThreadLocal<?>，Object>backup = new HashMap() ；
    Iterator iterator=((Map) TransmittableThreadLocal.holder.get()).entrySet().iterator();
 
    while(iterator.has Next() ) (
       Entry<TransmittableThreadLocal<?>，?>next = (Entry) iterator.next()
       TransmittableThreadLocal<?>threadLocal = (TransmittableThreadLocal)next.getKey();
       backup.put(threadLocal， threadLocal.get() ) ；
       if(!capturedMap.containsKey(thread Local) ) (
           iterator.remove() ；
           threadLocal.superRemove() ；
       )
 
    setTtlValuesTo(capturedMap) ；
    TransmittableThreadLocal.doExecuteCallback(true) ；
    return backup；
)

 

还原方法：

先获取holder中的数据

backup中不存在，holder中存在，说明是后面加进去的，进行删除还原操作

再将backup设置到当前线程中

public static void restore(@Nonnull0bject backup) (
    Map<TransmittableThreadLocal<?>，Object> backupMap = (Map)backup;
    TransmittableThreadLocal.doExecuteCallback(false)
    Iterator iterator=((Map) TransmittableThreadLocal.holder.get()).entrySet().iterator();
 
    while(iterator.has Next() ) (
        Entry<TransmittableThreadLocal<?>，?> next = (Entry)iterator.next();
        TransmittableThreadLocal<?> threadLocaL=(TransmittableThreadLocal)next.getKey();
        if(!backupMap.containsKey(threadLocal) ) (
            iterator.remove() ；
            threadLocal.superRemove() ；
        }
    |
    setTtlValuesTo(backupMap) ；
}

二、CountDownLatch和CyclicBarrier的异同

1、相同点

   都可以实现线程间的等待

2、不同点

   侧重点不同

CountDownLatch：一般用于一个线程等待一组其它线程；计数器不可以重用

CyclicBarrier：一般是一组线程间的相互等待至某同步点，计数器是可以重用的

   实现原理不同

CyclicBarrier：如果有三个线程thread1、thread2和thread3，假设线程执行顺序是thread1、thread2、thread3，那么thread1、thread2对应的Node节点会被加入到Condition等待队列中，当thread3执行的时候，会将thread1、thread2对应的Node节点按thread1、thread2顺序转移到AQS同步队列中，thread3执行lock.unlock()的时候，会先唤醒thread1，thread1恢复继续执行，thread1执行到lock.unlock()的时候会唤醒thread2恢复执行

CountDownLatch：使用CountDownLatch(int count)构造器创建CountDownLatch实例 ，将count参数赋值给内部计数 state，调 await() 法阻塞当前线程，并将当前线程封装加到等待队 中，直到state等于零或当前线程被中断;调 countDown() 法使state值减 ，如果state等于零则唤醒等待队中的线程

 

三、AQS原理

AQS是一个基于状态（state）的链表管理方式，reentracntlock这个锁是基于AQS实现的子类sync这个来完成锁。

获取锁的时候，当前线程会去更新状态state的值，如果为0才去更新，通过CAS进行更新，如果成功更新为1，那么获取到锁，将锁的拥有者改成当前线程，如果失败，那么进行tryAcquire（） 这个函数进行首先还是尝试更新state状态，反正开销也小，再次去尝试一次也行，如果尝试失败，那么去看看当前拥有锁的线程是不是当前线程，如果是，那么将state状态值加1，如果不是，那么将线程入阻塞队列，addWaiter函数，进行的话首先判断当前head是不是为空，为空尝试将当前的线程关联的节点用CAS加入队列，不为空或者加入失败，那么用CAS加入到队列的下一个节点。

释放锁的时候，将状态值减1，如果状态值为0说明可以释放锁，如果结果状态为0，就将排它锁的Owner设置为null，以使得其它的线程有机会进行执行。

 

四、volatile(指令重排序和内存屏障)

1、什么是内存屏障

内存屏障其实就是一个CPU指令，在硬件层面上来说可以扥为两种：Load Barrier 和 Store Barrier即读屏障和写屏障。主要有两个作用：

（1）阻止屏障两侧的指令重排序；

（2）强制把写缓冲区/高速缓存中的脏数据等写回主内存，让缓存中相应的数据失效。

 

在JVM层面上来说作用与上面的一样，但是种类可以分为四种：

 

2、volatile如何保证有序性

首先一个变量被volatile关键字修饰之后有两个作用：

（1）对于写操作：对变量更改完之后，要立刻写回到主存中。

（2）对于读操作：对变量读取的时候，要从主内存中读，而不是缓存。

现在针对上面JVM的四种内存屏障，应用到volatile身上。因此volatile也带有了这种效果。其实上面提到的这些内存屏障应用的效果，可以用happen-before来总结归纳。

 

3、内存屏障分类

内存屏障有三种类型和一种伪类型：

（1）lfence：即读屏障(Load Barrier)，在读指令前插入读屏障，可以让高速缓存中的数据失效，重新从主内存加载数据，以保证读取的是最新的数据。

（2）sfence：即写屏障(Store Barrier)，在写指令之后插入写屏障，能让写入缓存的最新数据写回到主内存，以保证写入的数据立刻对其他线程可见。

（3）mfence，即全能屏障，具备ifence和sfence的能力。

（4）Lock前缀：Lock不是一种内存屏障，但是它能完成类似全能型内存屏障的功能。

 

为什么说Lock是一种伪类型的内存屏障，是因为内存屏障具有happen-before的效果，而Lock在一定程度上保证了先后执行的顺序，因此也叫做伪类型。比如，IO操作的指令，当指令不执行时，就具有了mfence的功能。

 

由于内存屏障的作用，避免了volatile变量和其它指令重排序、线程之间实现了通信，使得volatile表现出了锁的特性。