java的线程安全、单例模式、JVM内存结构等知识学习和整理

大家好，又见面了，我是全栈君。

知其然，不知其所以然 ！在技术的海洋里，前路漫漫，我一直在迷失着自我。

在下面的题目来自于我要加的一个QQ群，然后要加这个QQ群，首先要通过进阶考核，也就是下面这些题，当我看到这些题目的时候。发现这些题目很常见，但是细细去研究，发现每一个问题的知识点都是特别的多也比较深奥！

1，什么是线程安全 （参考书：https://book.douban.com/subject/10484692/）
2，都说String是不可变的，为什么我可以这样做呢
   String a = "1";
   a = "2";
3，HashMap的实现原理
4，写出三种单例模式，如果能考虑线程安全最好
5，ArrayList和LinkedList有什么区别
6，实现线程的2种方式
7，JVM的内存结构
8，Lock与Synchronized的区别
9，数据库隔离级别有哪些，各自的含义是什么，MYSQL默认的隔离级别是是什么。
10，请解释如下jvm参数的含义：
-server -Xms512m -Xmx512m -Xss1024K 
-XX:PermSize=256m -XX:MaxPermSize=512m -XX:MaxTenuringThreshold=20 
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80 -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly。

1.什么是线程安全 （参考书：https://book.douban.com/subject/10484692/）

线程安全就是多线程访问时，采用了加锁机制，当一个线程访问该类的某个数据时，进行保护，其他线程不能进行访问直到该线程读取完，其他线程才可使用。不会出现数据不一致或者数据污染。[百度百科:线程安全]

思考1：为什么会出现线程安全问题？

从百度百科的概念可以知道，发送线程安全问题的两个条件：

• 多线程访问

• 访问某个数据，（这里强调一下，某个数据是实例变量即对线程是共享的）

这两个条件都必须满足，缺一不可，否则不会出现线程安全问题。

思考2：怎么解决线程安全问题？

通过加锁机制，可以使用关键字synchronized，或者java并发包中的Lock。还有在使用集合中的类如ArrayList或者HashMap时要考虑是否存在线程安全问题，如果存在最好使用ConcurrentHashMap替代hashMap，或者使用Collections.synchronizedXXX进行封装！

实例：通过一段代码演示线程安全和非线程安全

/**
 * 线程安全和线程不安全---简单实例
 *
 * @author:dufy
 * @version:1.0.0
 * @date 2017/10/13
 */
public class ThreadSafey {


    private int countUnSafe = 0;//实例变量
    private int countSafe = 0;

    //线程不安全的方法
    public void addUnSafe(){
        try {
            Thread.sleep(100);//为了更好的测试。休眠100ms
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        countUnSafe ++;
        System.out.println("countUnSafe = " + countUnSafe);
    }
    //线程安全的方法
    //这里也可以使用使用同步代码块的方式，建议在实际开发使用同步代码块，相对比同步方法好很多， 也可以使用Lock进行加锁！
    public synchronized void addSafe(){
        try {
            Thread.sleep(100);//为了更好的测试。休眠100ms
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        countSafe ++;
        System.out.println("countSafe = " + countSafe);
    }

    public static void main(String[] args) {

        ThreadSafey ts = new ThreadSafey();
        UnSafeT unSafeT = new UnSafeT(ts);
        SafeT safeT = new SafeT(ts);
        //启动10个线程
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
           Thread thread = new Thread(unSafeT);
            thread.start();
        }
        //启动10个线程
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread thread = new Thread(safeT);
            thread.start();
        }
    }

}
//不安全线程测试类
class UnSafeT implements Runnable{

    private  ThreadSafey threadSafey;

    public UnSafeT(ThreadSafey threadSafey){
        this.threadSafey = threadSafey;
    }
    @Override
    public void run() {
        threadSafey.addUnSafe();
    }
}
//安全线程测试类
class SafeT implements Runnable{

    private  ThreadSafey threadSafey;

    public SafeT(ThreadSafey threadSafey){
        this.threadSafey = threadSafey;
    }
    @Override
    public void run() {
        threadSafey.addSafe();
    }
}

运行结果如下，多次运行后，发现countUnSafe总是有重复的值，并且不按照顺序输出，最后的结果也不是10；
countSafe 按照顺序打印，最后的结果也是10。如果你运行了上面的代码，可能和我执行下面打印的不一样，但是结论是一样的。

countUnSafe = 3
countUnSafe = 3
countUnSafe = 3
countUnSafe = 3
countUnSafe = 3
countUnSafe = 5
countUnSafe = 8
countUnSafe = 8
countUnSafe = 6
countUnSafe = 5
countSafe = 1
countSafe = 2
countSafe = 3
countSafe = 4
countSafe = 5
countSafe = 6
countSafe = 7
countSafe = 8
countSafe = 9
countSafe = 10

线程安全说简单了就上面这些内容，如何深入需要知道线程的工作原理，JVM下线程是如何进行工作，为什么实例变量会存在线程安全问题，而私有变量不会出现，这就和变量在内存中创建和存储的位置有关。下面进行简单的说明，不会一一展开了。

在程序运行后JVM中有一个主内存，线程在创建后也会有一个自己的内存（工作内存），会拷贝主内存的一些数据，每个线程之间能够共享主内存，而不能访问其他线程的工作内存，那么一个变量是实例变量的时候，如果没有加锁机制，就会出现线程安全问题。

比如：系统有线程A和线程B，这两个线程同时访问了addUnSafe方法，并将countUnsafe变量拷贝在自己的内存中（countUnsafe = 0），然后进行操作，那么这两个线程 都执行countUnsafe++，这两个线程的工作内存中countUnsafe = 1；然后写回主内存，此时主内存countUnsafe = 1，当另一个线程C访问时候，C工作内存操作的countUnsafe的值就是1，此时发生了线程安全问题。

【图片来自–java并发编程艺术-第二章 java内存模型抽象结构】

暂时就讲这么多了！

可以参考：Java 线程通信内存模型—主内存与工作内存 了解更多详细内容！

2.都说String是不可变的，为什么我可以这样做呢，String a = “1”;a = “2”;

先看一段代码，然后通过代码和一幅图进行讲解!

public class StringTest {

    public static void main(String[] args) {
        String s = "ABCabc";
        System.out.println("s1.hashCode() = " + s.hashCode() + "--" + s);
        s = "123456";
        System.out.println("s2.hashCode() = " + s.hashCode() + "--" + s);
        //运行后输出的结果不同，两个值的hascode也不一致，
        //说明设置的值在内存中存储在不同的位置
    }
}

【首先创建一个String对象s，然后让s的值为“ABCabc”， 然后又让s的值为“123456”。 从打印结果可以看出，s的值确实改变了。那么怎么还说String对象是不可变的呢？

其实这里存在一个误区： s只是一个String对象的引用，并不是对象本身。对象在内存中是一块内存区，成员变量越多，这块内存区占的空间越大。引用只是一个4字节的数据，里面存放了它所指向的对象的地址，通过这个地址可以访问对象。

也就是说，s只是一个引用，它指向了一个具体的对象，当s=“123456”; 这句代码执行过之后，又创建了一个新的对象“123456”， 而引用s重新指向了这个心的对象，原来的对象“ABCabc”还在内存中存在，并没有改变。内存结构如下图所示：

】—摘自【Java中的String为什么是不可变的？ – String源码分析】

相关参考文章

1：【知乎-胖胖 回答】如何理解 String 类型值的不可变？

2：一个图参考8 张图理解 Java

3.HashMap的实现原理

HashMap 我之前的专栏中也有写过，不过分析HashMap要注意JDK版本，jdk1.7和jdk1.8中底层的实现就有不同。

说简单点HashMap是一个集合，通过put(key,value)存储数据，然后使用get(key)获取数据。

实现原理是基于hashing原理，使用hash算法实现。
jdk1.7 数组+链表
jdk1.8 数组+链表+红黑树

详情可参考下面博文：

java集合系列——Map之HashMap介绍（八）
HashMap的工作原理
Java8系列之重新认识HashMap

4.写出三种单例模式，如果能考虑线程安全最好

首先总结目前实现单例模式的方式有以下五种：

• 饿汉式，线程安全
• 懒汉式，线程不安全（注意加synchronized，变线程安全）
• 双重检验锁（注意将instance 变量声明成 volatile，并注意jdk版本大于等于1.5）
• 静态内部类 ，线程安全
• 枚举，线程安全

注：推荐使用后面三种

具体代码就不一一写了：如果想了解具体的代码如何写，点击下面：

你真的会写单例模式吗——Java实现

单例模式-专栏

5.ArrayList和LinkedList有什么区别

这个我之前也在我的博客中有介绍在[java集合系列——List集合总结（六）](http://blog.csdn.net/u010648555/article/details/59708627) 这里在说明一下： **简单介绍** 1 ArrayList是基于数组实现的，是一个数组队列。可以动态的增加容量！ 2. LinkedList是基于链表实现的，是一个双向循环列表。可以被当做堆栈使用！

使用场景

1. 当集合中对插入元素数据的速度要求不高，但是要求快速访问元素数据，则使用ArrayList！
2. 当集合中对访问元素数据速度不做要求不高，但是对插入和删除元素数据速度要求高的情况，则使用LinkedList！

具体分析
1.ArrayList随机读取的时候采用的是get(index),根据指定位置读取元素，而LinkedList则采用size/2 ,二分法去加速一次读取元素，效率低于ArrayList！
2.ArrayList插入时候要判断容量，删除时候要将数组移位，有一个复制操作，效率低于LinkList！而LinkedList直接插入，不用判断容量，删除的时候也是直接删除跳转指针节点，没有复制的操作！

6.实现线程的2种方式

Java中有两种方式实现多线程，一种是继承Thread类，一种是实现Runnable接口。具

• 实现Runnable接口
• 继承Thread类

注意：线程的启动是调用start()方法，而不是run()方法！

举例并进行解释

**1.直接调用run方法实例：**

public class TestTheadDemo {


    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            ThreadTest thread = new ThreadTest();
            thread.run();
//            thread.start();
        }
    }
}

class ThreadTest extends Thread{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("当前线程 ： " + Thread.currentThread().getName());
    }
}

运行结果 ：当前线程全部是main线程，相当于ThreadTest类的thread对象直接调用了run(）方法。(直接调用run方法只是一个普通的单线程程式）

当前线程 ： main
当前线程 ： main
当前线程 ： main
当前线程 ： main
当前线程 ： main

2.调用start()方法
将上面的代码 注释的thread.start();打开， thread.run();注释！

运行结果 ：发现启动了不同的线程进行执行。

当前线程 ： Thread-0
当前线程 ： Thread-5
当前线程 ： Thread-3
当前线程 ： Thread-4
当前线程 ： Thread-2
当前线程 ： Thread-1
当前线程 ： Thread-7
当前线程 ： Thread-6
当前线程 ： Thread-9

查看start()方法的源码中，发现有个地方

 public synchronized void start() {
       //代码省略....
        try {
            start0();//注意这个地方，调用了native本地方法
            started = true;
        } finally {
          //代码省略....
        }
    }
	//本地方法
    private native void start0();

总结: 调用start()方法，虚拟机JVM通过执行本地native方法start0和操作系统cup进行交互，此时线程并没有正在立即执行，而是等待cup的调度，当cpu分配给线程时间，线程才执行run()方法！

相关内容可以参考 【java多线程编程核心技术: 高洪岩 】

7.JVM的内存结构

**上图：【图片版本-深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践:周志明】**

点击查看详情： 运行时数据区域

还有这个博文： JVM内存结构图解

8.Lock与Synchronized的区别

在Java中Lock与Synchronized都可以进行同步操作，保证线程的安全，就如上面第一问提到的，线程安全性问题。下面进行简单的额介绍！

1.Synchronized的简单介绍

synchronized同步的原理

关键字synchronized可以修饰方法或者以同步块的形式来使用，它主要确保多个线程在同一时刻，只能有一个线程处于方法或者同步块 中，保证了线程对变量访问的可见性和排他性。

synchronized同步实现的基础

1. 普通同步方法，锁是当前实例对象
2. 静态同步方法，锁是当前类的class对象
3. 同步方法块，锁是括号里面的对象

一张图讲解对象锁和关键字synchronized修饰方法(代码块)

【死磕Java并发】—–深入分析synchronized的实现原理

注：有兴趣也可以看看 volatile关键字!

关键字volatile可以用来修饰字段（成员变量），就是告知程序任何对该变量的访问均需要从共享内存中获取，而对它的改变必须同步刷新回共享内存中，保证所有线程对变量访问的可见性。

关键字volatile和关键字synchronized均可以实现线程间通信！

2.Lock的简单介绍

首先明确Lock是Java 5之后，在java.util.concurrent.locks包下提供了另外一种方式来实现同步访问。 Lock是一个接口，其由三个具体的实现：ReentrantLock、ReetrantReadWriteLock.ReadLock 和 ReetrantReadWriteLock.WriteLock，即重入锁、读锁和写锁。增加Lock机制主要是因为内置锁存在一些功能上局限性。

Java并发编程系列之十六：Lock锁

区别总结：
1.synchronized是Java语言的关键字，Lock是一个类，通过这个类可以实现同步访问；

2.synchronized是在JVM层面上实现的，不但可以通过一些监控工具监控synchronized的锁定，而且在代码执行时出现异常，JVM会自动释放锁定，但是使用Lock则不行，Lock是通过代码实现的，要保证锁定一定会被释放，就必须将unLock()，最好放到finally{}中。
3.Lock有ReetrantLock（可重入锁）实现类，可选的方法比synchronized多，使用更灵活。
4…并不是Lock就比synchronized一定好，因为synchronized在jdk后面的版本也在不断优化。在资源竞争不是很激烈的情况下，synchronized的性能要优于ReetrantLock，但是在资源竞争很激烈的情况下，synchronized的性能会下降很多，性能不如Lock。

Lock和synchronized的区别和使用

9.数据库隔离级别有哪些，各自的含义是什么，MYSQL默认的隔离级别是是什么。

这个问题正好在上一家公司整理过，开心ing！

事务隔离级别

事务指定了4种隔离级别（从弱到强分别是）：

1. Read Uncommitted：读未提交
2. Read Committed：读提交
3. Repeatable Read：重复读
4. Serializable：序列化

1：Read Uncommitted（读未提交）：一个事务可以读取另一个未提交事务的数据。

2：Read Committed（读提交）：一个事务要等另一个事务提交后才能读取数据。

3：Repeatable Read（重复读）：在开始读取数据（事务开启）时，不再允许修改操作。

4：Serializable（序列化）：Serializable 是最高的事务隔离级别，在该级别下，事务串行化顺序执行，可以避免脏读、不可重复读与幻读。

大多数数据库默认的事务隔离级别是Read committed，比如Sql Server , Oracle。MySQL的默认隔离级别是Repeatable read。

在事务的并发操作中可能会出现脏读（dirty read），不可重复读（repeatable read），幻读（phantom read）。可参考:理解事务的4种隔离级别

注:Mysql查询事务隔离级别：

查看当前会话隔离级别：select @@tx_isolation;
查看系统当前隔离级别：select @@global.tx_isolation;
设置当前会话隔离级别：set session transaction isolation level repeatable read;
设置当前会话隔离级别：set global transaction isolation level repeatable read;

10.请解释如下jvm参数的含义

-server -Xms512m -Xmx512m -Xss1024K  -Xmn256m
-XX:PermSize=256m -XX:MaxPermSize=512m 
-XX:MaxTenuringThreshold=20 
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80 
-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly

【图片来自网络，如有版权问题，请反馈，及时删除！】

-server ：服务器模式
注：JVM client模式和server模式，生产环境请使用-server，性能更好！
JVM client模式和Server模式的区别

-Xms512m ：JVM初始分配的堆内存，一般和Xmx配置成一样以避免每次gc后JVM重新分配内存。

-Xmx512m ：JVM最大允许分配的堆内存，按需分配

-Xss1024K ：设置每个线程的堆栈大小

-Xmn256m ：年轻代内存大小，整个JVM内存=年轻代 + 年老代 + 持久代

-XX:PermSize=256m ：设置持久代(perm gen)初始值，默认物理内存的1/64

-XX:MaxPermSize=512m ： 设置持久代最大值

**-XX:MaxTenuringThreshold=20 ** ： 垃圾最大年龄</fon

**-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80 ** ： 使用cms作为垃圾回收
使用80％后开始CMS收集</fon

-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly ： 使用手动定义初始化定义开始CMS收集</fon

还有很多很多参数。。。。

jvm参数设置参考博文
JVM系列三:JVM参数设置、分析

一个性能较好的JVM参数配置

JVM调优总结 -Xms -Xmx -Xmn -Xss

本次总结结束…

**如果帅气（美丽）、睿智（聪颖），和我一样简单善良的你看到本篇博文中存在问题，请指出，我虚心接受你让我成长的批评，谢谢阅读！
祝你今天开心愉快！**

欢迎访问我的csdn博客，我们一同成长！

“不管做什么，只要坚持下去就会看到不一样！在路上，不卑不亢!”

博客首页：http://blog.csdn.net/u010648555