全栈知识点
关键字: synchronized详解 | Java 全栈知识体系
1.java反射机制
1.1 类加载过程
1.1.1 类的加载过程：
源文件经过编译后得到.class文件，被jvm加到内存中，在运行时加载和执行；
加载过程：加载——连接（验证——准备——解析）——初始化
1.1.2 双亲委派模型：
加载时自下往上获取类是否加载，加载时从上往下尝试加载，保证类只被加载一次，运行期间一个类只有一个class对象产生；
Bootstrap ClassLoader启动类加载器
Extension ClassLoader扩展类加载器
App ClassLoader应用程序类加载器
继承ClassLoader自定义类加载器
静态加载和动态加载：
new()初始化一个类视为静态加载，加载时异常是error,NoClassDefFoundError；
class.forName()视为动态加载（运行时可改变程序结构和变量类型），加载时异常ClassNotFoundException，checked异常，写代码时需要catch
1.2.java反射机制
反射机制：运行时可获取任何一个类的方法和属性，可调用任何对象的方法和属性
反射获取属性和方法：
1.object——getClass，需要已经有类的对象存在；
2.静态的class属性，如String.class,可返回相关联的class对象，不需要类的对象存在；
3.class类的静态方法forName(String className) --className为全路径包名
通过反射生成对象：
1.class对象的newInstance()
2.通过class对象——Constructor对象——Constructor的newInstance(）创建对象 -- 可指定构造器类的实例，newInstance()方法的本质是调用类的无参Public构造方法
获取某个类的构造方法 getDeclaredConstructor(不分public)；
获取类的成员方法： getMethod()，getDeclaredMethod(不分public)
获取类的成员变量（成员属性：getDeclaredField(不分public)，获取私有setAccessible(true)
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3.AQS（AbstractQuenedSynchronizer 抽象的队列式同步器）
3.1.核心思想：
被请求的共享资源空闲——当前请求资源的线程设置为有效，共享资源设置为锁定状态；
如果被请求的共享资源被占用——线程阻塞等待，被唤醒时锁分配的机制，用CLH队列（虚拟双向队列，无队列实例，通过节点关联）锁实现；
volatile修饰共享变量state，线程通过CAS去改变状态符，成功则获取锁成功，失败则进入等待队列，等待被唤醒；
3.2.资源共享方式：
独占式：exclusive, 只有ReentrantLock可以执行；
共享：share,有CountDownLatch、ReadWriteLock等可以执行；
同时实现独占和共享两种方式：如ReentrantReadWriteLock；
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可重入锁，共享模式，互斥锁（源码解析）
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LockSupport:
阻塞park(),释放unpark()，无先后顺序，permit只有0和1，多次park()不会累加；
syncronized：
等待wait(), 唤醒notify(),成对出现，有先后顺序，通过底层monitor对象完成，
不需要手动释放锁，
非公平锁，不可中断，
唤醒机制：随机唤醒或者全部唤醒（notifyAll()）；
作用域
不能被继承
加在对象时，同步的对象是实例，同步的是非静态方法
加在类XXXX.class或者代码块（方法）（可以对静态方法同步
synchronized 作用域问题_程序媛-CSDN博客_synchronized作用域
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synchronized的四种作用域以及不能被继承解析 - 从此寂静无声 - 博客园
ReentrantLock：
Sync类实现，需要手动释放锁
可设置，true 公平锁(FIFO)，false非公平锁
可中断，中断方法：
tryLock(long timeout TimeUnit unit)，
lockInterruptibly()放代码块中调用，调用interrupt方法可中断
唤醒机制： 可设置条件精准唤醒，前驱节点的出队或阻塞线程被中断
深入理解 AQS 底层实现原 park unpar理_庸人庸的博客-CSDN博客_aqs
ReentrantLock公平锁和非公平锁加锁和释放过程（源码解析和流程图讲解比较清晰）
对比：
相同：可协调多线程同步；互斥锁和可见；可重入锁
不同：
1. ReentrantLock显示地获得，释放锁，synchronized隐式获得释放锁
2. ReentrantLock可响应中断，可轮回，synchronized是不可以响应中断的
3. ReentrantLock是API级别的，synchronized是JVM级别的
4. ReentrantLock可以实现公平锁
5. ReentrantLock通过Condition可以绑定多个条件
6. 底层实现不一样，synchronized是同步阻塞，使用的是悲观并发策略，lock是同步非阻塞，采用的是乐观并发策略。
7. Lock是一个接口，而synchronized是java中的关键字，synchronized是内置的语言实现
8. synchronized 在发生异常时，会自动释放线程占有的锁，因此不会导致死锁现象发生；而 Lock 在发生异常时，如果没有主动通过 unLock()去释放锁，则很可能造成死锁现象， 因此使用 Lock 时需要在 finally 块中释放锁。
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3.3.CAS底层原理：
比较交换技术，内存地址V，期望值E，新值N，经过对比期望值与 V，决定是否交换，相等将N更新
a-B-a问题，添加version版本号控制
多次比较效率低，某个线程取值与期望值一直不相等可能无限循环
1）确保对内存的读-改-写操作原子执行。处理器会使用总线锁 或 缓存锁来保持原子性。
2）禁止该指令，与之前和之后的读和写指令重排序。
3）把CPU写缓冲区中的所有数据刷新到内存中，使其它CPU缓存失效。
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5.java多线程并发
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5.1 final原理：
修饰的是一个基本数据类型数据：这个数据的值在初始化后将不能被改变;；
当final修饰的是一个引用类型数据时：也就是修饰一个对象时, 引用在初始化后将永远指向一个内存地址, 不可修改. 但是该内存地址中保存的对象信息可以修改的
修饰的类时，该类不可被继承，该类的方法隐式指定为final方法；
修饰方法时，该方法不能被重写
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5.2 volatile原理：
共享和防止指令重排序，但是不能保证原子性
lock指令：
锁总线，其它CPU对内存的读写请求都会被阻塞，直到锁释放，不过实际后来的处理器都采用锁缓存替代锁总线；
lock后的写操作会回写已修改的数据，同时让其它CPU相关缓存行失效，从而重新从主存中加载最新的数据
可见性：写操作StoreStore屏障，写操作之后StoreLoad，将最新变量刷回内存;读之前load读取主内存的最新变量，读之后LoadLoad和LoadStore内存屏障
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atomicLong:对长整形进行原子操作
incrementAndGet()
volatile修饰value ，CAS更改
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5.3 线程池
线程的生命周期：创建start——就绪runnable（阻塞）——run——stop
方便线程的管理，可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，减少创建和销毁的内存开销
ThreadPoolExecutor
核心线程数量corePoolSize
最大线程数量maximumPoolSize
keepAliveTime：核心线程以外的线程回收时间设置
workQueue:FIFIO原则（先进先出）
SynchronousQueue 直接提交:该QUEUE中，每个插入操作必须等待另一个线程的对应移除操作。
LinkedBlockingQueue 无界队列:所有corePoolSize 线程都忙时新任务在队列中等待。这样，创建的线程就不会超过 corePoolSize
ArrayBlockingQueue 有界队列 不推荐
handler:拒绝策略
RejectedExecutionHandler：拒绝四种策略
1. CallerRunsPolicy：线程调用运行该任务的 execute本身。此策略提供简单的反馈控制机制，能够减缓新任务的提交速度；
2.AbortPolicy:处理程序遭到拒绝将抛出运行时RejectedExecutionException
3.DiscardPolicy:删除，但是不抛出异常
4.DiscardOldestPolicy：如果执行程序尚未关闭，则位于工作队列头部的(等待时间最久)任务将被删除，然后重试执行程序（如果再次失败，则重复此过程）
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5.4 线程的销毁
核心线程超时删除：allowCoreThreadTimeOut=true
1当没有超过核心线程时，不会销毁线程
2当超过核心线程数：再判断，如果超过最大值，则销毁；如果timeout过，则销
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6.redis
6.1 分布式锁：
保证同一时间只能有一个客户端对共享资源进行操作，解决多个服务资源共享的问题
标志位(唯一标识)+超时设置+finally释放锁
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基础信息：
主要依赖物理内存，一个字符串类型最大容量512M
数据类型：String、List、Set、Sorted Set、hashes
史上最全Redis面试题及答案_xiaozhegaa的博客-CSDN博客_redis面试题及答案
zset:
redis zset底层实现原理 - YF-海纳百川 - 博客园
6.2 持久化：
RDB机制：
save操作同步或者设置定时自动触发
在指定的时间间隔内生成数据集的时间点快照
（1）RDB文件紧凑，全量备份，非常适合用于进行备份和灾难恢复。
（2）生成RDB文件的时候，redis主进程会fork()一个子进程来处理所有保存工作，主进程不需要进行任何磁盘IO操作。
（3）RDB 在恢复大数据集时的速度比 AOF 的恢复速度要快。
一次全量备份，存储的是内存数据的二进制序列化形式，存储上非常紧凑，快照时父线程修改的数据可能无法保存
AOF机制：
修改时触发；异步，每秒触发；从不触发
持久化记录服务器执行的所有写操作命令
（1）可以更好的保护数据不丢失，一般AOF会每隔1秒，通过一个后台线程执行一次fsync操作，最多丢失1秒钟的数据；
（2）AOF日志文件没有任何磁盘寻址的开销，写入性能非常高，文件不容易破损
（3）日志文件即使过大的时候，出现后台重写操作，也不会影响客户端的读写
（4）AOF日志文件的命令通过非常可读的方式进行记录，这个特性非常适合做灾难性的误删除的紧急恢复
Redis的两种持久化RDB和AOF（超详细）_鲨鱼辣椒灬的博客-CSDN博客_rdb和aof
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1654694618189745916&wfr=spider&for=pc
6.3 缓存更新策略
内存溢出淘汰策略：
过期策略：过期；定时
Redis 缓存更新策略_爱与不爱，一念之间-CSDN博客_redis 更新策略
6.4 redis集群：
主从模式：master提供读写服务，写操作后同步内存到slave，slave只提供读服务，master挂掉停止写服务
哨兵模式：master挂掉后，会从其他slave选择新的master，每个sentinel以每秒钟一次的频率向它所知的master，slave以及其他sentinel实例发送一个 PING 命令
cluster模式：
7.hashMap
7.1 基本原理：
数组和链表的结合，解决修改和查找效率问题，对象entry(包含key，value)，1.8后采用Node数组；
存储时：object.hasncode()获取hashcode(一般的Hash函数为：要存入的数 mod（求余） Hash数组长度)，当hashcode相同时，存储在bucket链表的下一个节点；
取模：是(table.length - 1) & hash，算法直接舍弃了二进制hash值在table.length以上的位，因为那些位都代表table.length的2的n次方倍数。取模的结果就是Node将要放入table的下标。
获取值时：调用get(key)方法，通过键对象的hashcode找到bucket位置，再调用keys.equals()方法；
put()方法：第一次initTable()初始化table，长度是 16，计算hash找到位置，通过cas方法加入节点；如果table不为空，hash=i，table[i]为node，遍历链表查找是否有相同的hash值，如有相同hash值替换新的节点，如果没有直接插入新节点；table[i]为treenode，红黑树链表
扩容：懒加载机制（使用才加载），默认大小为16，负载因子大小为0.75，到达大小时进行rehashing过程，用散列扩容2倍，链表长度>8&&数组的长度>=64——转变为红黑树，根据hash值分为两个子链表;
equals结果为true的hashcode一定一样，为false的hashcode可能一样
7.2 如何减少hash碰撞：
使用String和Integer这wrapper类，尤其String类，final不可变，且重写了equals和hashcode()方法;
拉链法:目前hashmap使用的方法
rehash：哈希函数，二次哈希函数,,,
开放地址法:(h(key)+di) mod m(链表长度)，di取值 1 2 3 ... m-1，线性探测再散列；di=1，每次冲突后后移一位，di=1 -1 2 -2 4 -4 9 -9 ...k*k -k*k(k<m/2),二次探测再散列；di取值可能为伪随机数列，称伪随机探测再散列
公共溢出区：记载冲突的点
负载因子调整
解决Hash碰撞冲突方法总结_lppl010_的专栏-CSDN博客_hash碰撞解决方法
7.3 线程安全问题
hashtable对比：
hasnhmap:元素无序，key可以为null， 线程不安全(Map m = Collections.synchronizeMap(hashMap);)，效率高，
hashtable:元素有序，key不可为null， 线程安全（内部有synchronized），效率低
ConcurrentHashMap
1.初始化table：size标志位,yield(),cas放置Node
2.put()空节点null:cas,volatile
3.put()节点：cas,对当前节点sychronized
4.扩容：hash占位Node-1=MOVED,扩容时可参与帮助扩容
key不可为null，table数组元素作为锁，对每一行数据进行加锁，并发控制使用Synchronized和CAS来操作;
HashMap底层实现原理及面试问题_疯一样的女子-CSDN博客_hashmap底层实现原理
ConcurrentHashMap是如何实现线程安全的_|-| [- |_ |_ ()-CSDN博客_concurrenthashmap如何保证线程安全
HashMap的底层实现原理 - auldlangsynezh - 博客园
1.8的hashMap源码解析和红黑树
volatile V val; // get操作全程不需要加锁是因为Node的成员val是用volatile修饰
volatile Node<K,V> next; //Node<k,v>[] table,实现了Entry接口,表示链表中的下一个节点，数组用volatile修饰主要是保证在数组扩容的时候保证可见性;
setValue用final修饰
红黑树查找O(logn)
红黑树通过treemap（有序）实现
Java中HashMap底层实现原理(JDK1.8)源码分析_tuke_tuke的博客-CSDN博客_hashmap底层实现原理
7.4 JDK1.8的改动点：
1、JDK1.7版本锁的粒度是基于Segment的，包含多个HashEntry，而JDK1.8实现降低锁的粒度就是HashEntry（首节点）
2、JDK1.8版本的数据结构变得更加简单，去掉了Segment这种数据结构，使用synchronized来进行同步锁粒度降低，所以不需要分段锁的概念，实现的复杂度也增加了
3、JDK1.8使用红黑树来优化链表，基于长度很长的链表的遍历是一个很漫长的过程，而红黑树的遍历效率是很快的，代替一定阈值的链表，这样形成一个最佳拍档
4、JDK1.8为什么使用内置锁synchronized来代替重入锁ReentrantLock：
- 低粒度加锁方式，synchronized并不比ReentrantLock差，
粗粒度加锁中ReentrantLock可能通过Condition来控制各个低粒度的边界，更加的灵活，而在低粒度中，Condition的优势就没有了
- 在大量的数据操作下，对于JVM的内存压力，基于API的ReentrantLock会开销更多的内存
某个节点的hash值是MOVED，则表示正在进行数组扩张的数据复制阶段
ConcurrentHashMap实现原理及源码分析_快乐小石头的博客-CSDN博客_concurrenthashmap实现原理
7.5 扩容机制
Hashmap实现原理及扩容机制详解_lkforce-CSDN博客_hashmap扩容
8.设计模式
8.1 单例模式
1.单例类只有一个实例对象；
2.该单例对象必须由单例类自行创建；
3.单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点。
懒汉式和饿汉式，包括线程安全和不安全的实现
8.1.1 懒汉式线程安全实现：
1.初始化变量用volatile修饰Singleton instance;（其中volatile作用是禁止指令重排序）
2.双重检验锁模式（double checked locking pattern）：是一种使用同步块加锁的方法，称为双重检查锁，因为会有两次检查 instance == null，一次是在同步块外，一次是在同步块内；
8.1.2饿汉式线程安全实现方式：
1.初始化变量用final修饰
2.内部静态类
3.枚举
8.2.设计模式基础
设计原则：可复用，可扩展，可维护
开闭原则：对扩开放，对修改关闭；实现：抽象约束，封装变化
里式替换原则：继承必须确保超类所拥有的性质在子类中仍然成立
依赖倒置原则：要面向接口编程，不要面向实现编程。
8.3 工厂模式
静态工厂模式（简单工厂模式）：通过向工厂传递类型来指定要创建的对象
一般工厂模式：抽象工厂，具体工厂，抽象产品，具体产品，将生产任务交给不同的派生类工厂。这样不用通过指定类型来创建对象了
抽象工厂模式：通过在AbstarctFactory中增加创建产品的接口，并在具体子工厂中实现新加产品的创建，当然前提是子工厂支持生产该产品。否则继承的这个接口可以什么也不干
由于可能封装了大量对象和工厂创建，新加产品需要修改已定义好的工厂相关的类，因此对于产品和工厂的扩展不太友好
设计模式之工厂模式（factory pattern） - alpha_panda - 博客园
8.4 动态代理
代理模式：为其他类提供一个代理来控制对某个对象的访问，代理类负责为委托类预处理消息，过滤消息并转发消息，以及进行消息被委托类执行后的后续处理
程序运行的过程中，根据被代理的接口来动态生成代理类的class文件，并加载运行的过程
1.创建一个实现接口InvocationHandler的类，它必须实现invoke方法
2.创建被代理的类以及接口
3.通过Proxy的静态方法newProxyInstance(ClassLoaderloader, Class[] interfaces, InvocationHandler h)创建一个代理
4.通过代理调用方法
细说JDK动态代理的实现原理_痴人说梦-CSDN博客_jdk动态代理
Java JDK 动态代理（AOP）使用及实现原理分析_衣舞晨风-CSDN博客_jdk动态代理
10.ThreadLocal
ThreadLocal是JDK包提供的，它提供线程本地变量，在实际多线程操作的时候，操作的是自己本地内存中的变量——规避了线程安全问题；
两个本地变量inheritableThreadLocals和threadLocals，都是ThreadLocalMap类型的变量，使用完需要 remove()，否则可能一直存在弱引用，会导致内存溢出。
threadLocals不支持继承性，同一个ThreadLocal变量在父线程中被设置值后，在子线程中是获取不到的
inheritableThreadLocals子线程中可获取，重写了了childValue、getMap、createMap三个方法
弱引用：当一个线程调用ThreadLocal的set方法设置变量的时候，当前线程的ThreadLocalMap就会存放一个记录，这个记录的key值为ThreadLocal的弱引用
key是弱引用，所以当前线程的ThreadLocalMap里面的ThreadLocal变量的弱引用在gc的时候就被回收，但是对应的value还是存在的这就可能造成内存泄漏(因为这个时候ThreadLocalMap会存在key为null但是value不为null的entry项)
remove方法判断该当前线程对应的threadLocals变量是否为null，不为null就直接删除当前线程中指定的threadLocals变量
Java中的ThreadLocal详解 - CoderSheeper - 博客园
