一.volatile关键字有什么用途，和Synchronize有什么区别
volatile是一个轻量级的Synchronize，保证了共享变量的可见性，能够防止脏读，被volatile关键字修饰的变量，如果值发生了改变，其他线程立刻可见
volatile能保证数据可见性，但是无法保证数据的原子性
Synchronize既能保证数据可见，也能保证数据原子性
场景：
1.volatile关键字不能修饰写入操作依赖于当前的值count++; count+=1; , 不是原子操作，JVM字节码层面不是一部操作
2.volatile可以禁止指令重排，JVM相关的优化没了，效率变低
二.什么是指令重排序
指令重排的分类：编译期重排序和运行时重排序
在JVM编译时期或者CPU执行JVM字节码时期，对现有的指令进行重排序，主要目的为了优化运行速度（在不程序运行结果的前提下）
int a = 3 //1
int b = 5; //2
int c = a + b; //3
虽然说指令重排可以调高程序的执行效率，但是在多线程环境下运行可能会影响到结果
解决办法：内存屏障
内存屏障是一个屏障指令，使CPU对屏障指令之前和之后的内存操作结果都是一样的，相当于一种约束
三.先行发生原则Happens-before
int k = 1; //男人
int j = k; //女人
先行发生原则是Java内存模型中定义的两项操作之间的偏序关系，如果操作A先行发生于操作B，其实就是说在发生操作B之前，操作A所产生的影响能够被B观察到
简单来说：执行顺序的控制，后续代码可以监控到之前代码的所有操作
八大原则：
1.程序次序规则:
在一个线程内，按照代码的顺序，书写在前面的代码优先于发生书写在后面的代码
2.管程锁定原则：
一个unlock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作，注意是同一个锁
3.volatile原则：
对一个volatile变量的写操作先行发生于后面对该变量的读操作
4.线程启动原则：
Thread对象的start()方法优先于此线程的每一个动作
5.线程终止原则：
线程中所有的操作都优先发生于对此线程的终止
6.线程中断原则
对线程的interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测中断事件的发生 先中断再检测
7.对象终结原则：
一个对象的初始化（构造函数执行完毕）完成优先发生于它的finalize()方法的开始
8.传递性：
int a; //1
int b; //2
int c; //3
如果操作A先行发生于操作B，操作B先行发生于操作C，那么就可以得出来操作A优先发生于操作C
四.线程安全的三要素
1.原子性：原子性说明一个或者多个操作要么都成功，要么都失败，中间不能中断，也不存在上下文切换的问题
原子类可以避免操作数值的原子性问题，在java.util.concurrent.atomic下的原子类
如何保证线程运行的原子性：
解决办法：可以使用sync和Lock将多不操作变为原子操作，但是volatile不能保证原子性
可重入锁：对应前几章讲解案例
2.可见性：
保证多线程下，所有线程对数据操作其他线程是可见的，可以使用volatile和sync
3.有序性：
程序执行得顺序按照代码的先后顺序执行，JVM可能会对指令进行重排，不改变结果的前提下进行重排
并发编程面试题：
1.进程和线程还有协程之间的关系
进程
2.并发和并行之间的区别
并发：指统一时间内，宏观上处理多个任务
并行：指统一时间内，真正上处理多个任务
3.Java中多线程实现的方式
继承Thread类，实现Runable接口，但是除以上两种方法外，还可以通过Callable创建一个带返回值的线程，可以通过线程池进行线程创建
4.Callable和Future模式
5.线程池创建的方式（一般不适用Excecutors.nexxxx创建，一般使用ThreadPoolExecutor）
6.Java当中线程状态有哪些
线程状态有 5 种，新建，就绪，运行，阻塞，死亡。关系图如下：
1. 线程 start 方法执行后，并不表示该线程运行了，而是进入就绪状态，意思是随时准备运行，但是真正何时运行，是由操作系统决定的，代码并不能控制，
2. 同样的，从运行状态的线程，也可能由于失去了 CPU 资源，回到就绪状态，也是由操作系统决定的。这一步中，也可以由程序主动失去 CPU 资源，只需调用 yield 方法。
3. 线程运行完毕，或者运行了一半异常了，或者主动调用线程的 stop 方法，那么就进入死亡。死亡的线程不可逆转。
4. 下面几个行为，会引起线程阻塞。
- 主动调用 sleep 方法。时间到了会进入就绪状态
- 主动调用 suspend 方法。主动调用 resume 方法，会进入就绪状态
- 调用了阻塞式 IO 方法。调用完成后，会进入就绪状态。
- 试图获取锁。成功的获取锁之后，会进入就绪状态。
- 线程在等待某个通知。其它线程发出通知后，会进入就绪状态
7.多线程中的常用方法
sleep
yield
join
wait
notify
notifyAll
8.线程状态流程图
新建(new)：新创建了一个线程对象。
可运行(runnable)：线程对象创建后，其他线程(比如main线程）调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，等待被线程调度选中，获取cpu 的使用权 。
运行(running)：可运行状态(runnable)的线程获得了cpu 时间片（timeslice） ，执行程序代码。
阻塞(block)：阻塞状态是指线程因为某种原因放弃了cpu 使用权，也即让出了cpu timeslice，暂时停止运行。直到线程进入可运行(runnable)状态，才有机会再次获得cpu timeslice 转到运行(running)状态。阻塞的情况分三种：
等待阻塞：
运行(running)的线程执行o.wait()方法，JVM会把该线程放入等待队列(waitting queue)中。
同步阻塞：
运行(running)的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池(lock pool)中。
其他阻塞：
运行(running)的线程执行Thread.sleep(long ms)或t.join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入可运行(runnable)状态。
死亡(dead)：线程run()、main() 方法执行结束，或者因异常退出了run()方法，则该线程结束生命周期。死亡的线程不可再次复生。
9.volatile关键字有什么用途，和Synchronize有什么区别
小点：什么是脏读，为什么发生脏读
10.指令重排和先行发生原则
1. 程序次序规则
2. 管程锁定规则
3. volatile变量规则
4. 线程启动规则
5. 线程终止规则
6. 线程中断规则
7. 对象终结规则
8. 传递性
11.并发编程线程安全三要素
原子性（Synchronized, Lock）
即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。
在Java中，基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作，即这些操作是不可被中断的，要么执行，要么不执行。
有序性(Volatile，Synchronized, Lock)
即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。
在Java内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。
可见性(Volatile，Synchronized,Lock)
指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。
当一个共享变量被volatile修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存，当有其他线程需要读取共享变量时，它会去内存中读取新值。
普通的共享变量不能保证可见性，因为普通共享变量被修改后，什么时候被写入主存是不确定的，当其他线程去读取时，此时内存中可能还是原来的旧值，因此无法保证可见性。
七、进程和线程间调度算法
1、先来先服务（队列）
先来先服务(FCFS)调度算法是一种最简单的调度算法，该算法既可用于作业调度，也可用于进程调度。当在作业调度中采用该算法时，每次调度都是从后备作业队列中选择一个或多个最先进入该队列的作业，将它们调入内存，为它们分配资源、创建进程，然后放入就绪队列。在进程调度中采用FCFS算法时，则每次调度是从就绪队列中选择一个最先进入该队列的进程，为之分配处理机，使之投入运行。该进程一直运行到完成或发生某事件而阻塞后才放弃处理机。
缺点：比较有利于长作业，而不利于短作业。 有利于CPU繁忙的作业，而不利于I/O繁忙的作业。
2、最短优先（优先队列）
最短优先调度算法是指对短作业或短进程优先调度的算法。它们可以分别用于作业调度和进程调度。短作业优先(SJF)的调度算法是从后备队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的作业，将它们调入内存运行。而短进程优先(SPF)调度算法则是从就绪队列中选出一个估计运行时间最短的进程，将处理机分配给它，使它立即执行并一直执行到完成，或发生某事件而被阻塞放弃处理机时再重新调度。
缺点：长作业的运行得不到保证。
3、优先权调度算法
3.1 优先权调度算法的类型
为了照顾紧迫型作业，使之在进入系统后便获得优先处理，引入了最高优先权优先(FPF)调度算法。此算法常被用于批处理系统中，作为作业调度算法，也作为多种操作系统中的进程调度算法，还可用于实时系统中。当把该算法用于作业调度时，系统将从后备队列中选择若干个优先权最高的作业装入内存。当用于进程调度时，该算法是把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程，这时，又可进一步把该算法分成如下两种。
1) 非抢占式优先权算法
在这种方式下，系统一旦把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程后，该进程便一直执行下去，直至完成；或因发生某事件使该进程放弃处理机时，系统方可再将处理机重新分配给另一优先权最高的进程。这种调度算法主要用于批处理系统中；也可用于某些对实时性要求不严的实时系统中。
2) 抢占式优先权调度算法
在这种方式下，系统同样是把处理机分配给优先权最高的进程，使之执行。但在其执行期间，只要又出现了另一个其优先权更高的进程，进程调度程序就立即停止当前进程(原优先权最高的进程)的执行，重新将处理机分配给新到的优先权最高的进程。因此，在采用这种调度算法时，是每当系统中出现一个新的就绪进程i 时，就将其优先权Pi与正在执行的进程j 的优先权Pj进行比较。如果Pi≤Pj，原进程Pj便继续执行；但如果是Pi>Pj，则立即停止Pj的执行，做进程切换，使i 进程投入执行。显然，这种抢占式的优先权调度算法能更好地满足紧迫作业的要求，故而常用于要求比较严格的实时系统中，以及对性能要求较高的批处理和分时系统中。
3.2 高响应比优先调度算法
在批处理系统中，短作业优先算法是一种比较好的算法，其主要的不足之处是长作业的运行得不到保证。如果我们能为每个作业引入前面所述的动态优先权，并使作业的优先级随着等待时间的增加而以速率a 提高，则长作业在等待一定的时间后，必然有机会分配到处理机。该优先权的变化规律可描述为：
由于等待时间与服务时间之和就是系统对该作业的响应时间，故该优先权又相当于响应比RP。据此，又可表示为：
由上式可以看出：
(1) 如果作业的等待时间相同，则要求服务的时间愈短，其优先权愈高，因而该算法有利于短作业。
(2) 当要求服务的时间相同时，作业的优先权决定于其等待时间，等待时间愈长，其优先权愈高，因而它实现的是先来先服务。
(3) 对于长作业，作业的优先级可以随等待时间的增加而提高，当其等待时间足够长时，其优先级便可升到很高，从而也可获得处理机。
简言之，该算法既照顾了短作业，又考虑了作业到达的先后次序，不会使长作业长期得不到服务。因此，该算法实现了一种较好的折衷。当然，在利用该算法时，每要进行调度之前，都须先做响应比的计算，这会增加系统开销。
4、基于时间片的轮转调度算法
4.1 时间片轮转发
在早期的时间片轮转法中，系统将所有的就绪进程按先来先服务的原则排成一个队列，每次调度时，把CPU 分配给队首进程，并令其执行一个时间片。时间片的大小从几ms 到几百ms。当执行的时间片用完时，由一个计时器发出时钟中断请求，调度程序便据此信号来停止该进程的执行，并将它送往就绪队列的末尾；然后，再把处理机分配给就绪队列中新的队首进程，同时也让它执行一个时间片。这样就可以保证就绪队列中的所有进程在一给定的时间内均能获得一时间片的处理机执行时间。换言之，系统能在给定的时间内响应所有用户的请求。
4.2 多级反馈队列调度算法
前面介绍的各种用作进程调度的算法都有一定的局限性。如短进程优先的调度算法，仅照顾了短进程而忽略了长进程，而且如果并未指明进程的长度，则短进程优先和基于进程长度的抢占式调度算法都将无法使用。而多级反馈队列调度算法则不必事先知道各种进程所需的执行时间，而且还可以满足各种类型进程的需要，因而它是目前被公认的一种较好的进程调度算法。在采用多级反馈队列调度算法的系统中，调度算法的实施过程如下所述。
(1) 应设置多个就绪队列，并为各个队列赋予不同的优先级。第一个队列的优先级最高，第二个队列次之，其余各队列的优先权逐个降低。该算法赋予各个队列中进程执行时间片的大小也各不相同，在优先权愈高的队列中，为每个进程所规定的执行时间片就愈小。例如，第二个队列的时间片要比第一个队列的时间片长一倍，……，第i+1个队列的时间片要比第i个队列的时间片长一倍。
(2) 当一个新进程进入内存后，首先将它放入第一队列的末尾，按FCFS原则排队等待调度。当轮到该进程执行时，如它能在该时间片内完成，便可准备撤离系统；如果它在一个时间片结束时尚未完成，调度程序便将该进程转入第二队列的末尾，再同样地按FCFS原则等待调度执行；如果它在第二队列中运行一个时间片后仍未完成，再依次将它放入第三队列，……，如此下去，当一个长作业(进程)从第一队列依次降到第n队列后，在第n 队列便采取按时间片轮转的方式运行。
(3) 仅当第一队列空闲时，调度程序才调度第二队列中的进程运行；仅当第1～(i-1)队列均空时，才会调度第i队列中的进程运行。如果处理机正在第i队列中为某进程服务时，又有新进程进入优先权较高的队列(第1～(i-1)中的任何一个队列)，则此时新进程将抢占正在运行进程的处理机，即由调度程序把正在运行的进程放回到第i队列的末尾，把处理机分配给新到的高优先权进程。
5、电梯调度算法
高层建筑中电梯请求不断地到来，控制电梯的计算机能够很容易地跟踪顾客按下请求的顺序。如果使用先来先服务算法调度，同时如果电梯负载很重，那么大部分时间电梯将停留在电梯的中部区域，而电梯两端区域的请求将不得不等待，直到负载中的统计波动使得中部区域没有请求位置，这样导致远离中部区域的请求得到的服务很差。因此获得最小响应时间的目标和公平性之间存在着冲突。
大多数电梯使用电梯算法来协调效率和公平性这两个相互冲突的目标。电梯算法电梯保持按一个方向移动，直到在那个方向上没有请求位置，然后改变方向。
电梯算法(elevation algorithm)需要软件维护一个二进制位，即当前方向位：向上(up)或向下(down)。当一个请求处理完成之后，电梯的驱动程序检查该位，如果是up，电梯移至下一个更高的未完成的请求。如果更高的位置没有未完成的请求，则方向位取反。当方向位设置为down时，同时存在一个低位置的请求，则移向该位置。
现在我们明白了，电梯的上下箭头按钮是为了告诉电梯你想向上还是向下去），而不是让电梯向上还是向下。
举例：电梯在上行，5楼有上召和下召。电梯会停5楼，但它是为上召服务的，所以下召灯还会保持点亮。然后启动向上，直到服务完上行的所有请求。转下行，到五楼时还是会停。这时是服务5楼下召的。
电梯处理请求规则：
电梯有移动方向，各楼层的请求有请求方向，这里维护一个请求表（记录请求ID，请求方向，该请求的停靠楼层）。因为电梯会按照移动方向移动，直到该方向没有请求（请求包括请求ID和停靠楼层的请求），所以不会根据请求方向突然改变电梯的移动方向。因此，电梯在移动过程中只处理与“电梯移动方向”相同的“请求方向”的请求。如电梯向下移动，只处理向下的请求，且该请求的方向也向下（停靠楼层请求无方向）。