一、Java程序运行原理

线程独占：每个线程都会有它独立的空间，随线程生命周期而创建和销毁；

线程共享：所有线程能访问这块内存数据，随虚拟机或者GC而创建和销毁；

1.方法区（线程共享）：

JVM用来存储加载的类信息、常量、静态变量、编译后的代码等数据，虚拟机规范中这是一个逻辑区划。

HotSpot虚拟机使用永久代来实现方法区，使得HotSpot虚拟机的垃圾收集器可以像管理堆内存一样来管理这部分内存，能省去专门为方法区编写内存管理代码工作。所以开发者喜欢将方法区称为永久代，本质上两者并不等价，对于其他虚拟机来说不存在永久代的概念。

当方法区无法满足内存分配需求时，将会抛OutOfMemoryError异常。

运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。

class文件除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息就是常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后加入方法区的运行时常量池中存放。

2.堆内存（线程共享）：

JVM管理的最大的一块内存区域，存放着对象的实例，是线程共享区。

堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此也被称为“GC堆”。JVM启动时创建，存放对象的实例。

垃圾回收器主要就是管理堆内存。如果满了，就会出现OutOfMemoryError，可通过参数 -Xmx -Xms 来指定运行时堆内存的大小。

JAVA堆的分类：

从内存回收的角度上看，可分为新生代（Eden空间，From Survivor空间、To Survivor空间）及老年代（Tenured Gen）

从内存分配的角度上看，为了解决分配内存时的线程安全性问题，线程共享的JAVA堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（TLAB）

3.虚拟机栈（线程独占）：

每个线程有一个私有的栈，随着线程的创建而创建，生命周期与线程相同。线程栈由多个栈帧组成。一个线程会执行一个或多个方法，一个方法对应一个栈帧。

栈帧内容包含：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址、附加信息等。

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型和对象引用类型。通常我们所说的“栈内存”指的就是局部变量表这一部分。

局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧分配多少内存是固定的，运行期间不会改变局部变量表的大小。

方法的调用到执行完毕，对应的就是栈帧的入栈和出栈的过程。

栈内存默认最大值是1M，栈的大小可以固定也可以动态扩展。

在固定大小的情况下，当栈调用深度大于JVM所允许的范围，会抛出StackOverflowError异常。

在动态扩展的情况下，若扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

4.本地方法栈（线程独占）：和虚拟机栈功能类似，虚拟机栈是为虚拟机执行JAVA方法而准备的，本地方法栈是为虚拟机使用Native方法而准备的。

超出大小后，也会抛出StackOverFlowError

5.程序计数器（线程独占）：记录当前线程执行字节码的位置，存储的是字节码指令地址。

CPU同一时间，只会执行一条线程中的指令。JVM多线程轮流切换并分配CPU执行时间的方式。切换线程后，需要通过程序计数器来恢复正确的执行位置。

二、线程状态

1.线程状态

6个状态定义：java.lang.Thread.State：

New：尚未启动的线程的线程状态

Runnable：可运行线程的线程状态，等待cpu调度

Blocked:线程阻塞等待监视器锁定的线程状态。处于synchronized同步代码块或方法中被阻塞。

Waiting：等待线程的线程状态，依赖另一个线程通知。

              （e.g.：Object.wait、Thread.join、LockSupport.park）

Timed Waiting：具有指定等待时间的等待线程的线程状态。

               （e.g.：Thread.sleep、Object.wait、Thread.join、LockSupport.parkNanos、LockSupport.parkUntil）

Terminated：终止线程的线程状态。线程正常完成执行或者出现异常

2.线程状态流程图

3.正确的线程终止

（1）通过interrupted方法

Thread.java类中提供了；两种方法进行判断，分别是：interrupted()和isInterrupted()方法。

Interrupted():测试当前线程是否已经中断。执行后具有清除中断状态的功能。

isInterrupted()：测试线程都否已经中断。没有清除中断状态的功能。

如果目标线程在调用Object class的wait()、wait(long)或wait(long,int)方法、join()、join(long,int)或sleep(long,int)方法时被阻塞，那么Interrupt会生效，该线程的中断状态将被清除，抛出InterruptedException异常；

如果目标线程是被I/O或者NIO中的Channel所阻塞，同样。I/O操作会被中断或者返回特殊异常值。达到终止线程的目的；

如果以上条件都不满足，则会设置此线程的中断状态。

为何stop()方法被弃用？

stop()方法太过于暴力，会强行把执行一半的线程终止。这样会就不会保证线程的资源正确释放，通常是没有给与线程完成资源释放工作的机会，因此会导致程序工作在不确定的状态下。造成数据的不同步。

（2）通过自定义的标志

代码逻辑中，增加一个判断，用来控制线程执行的终止。如demo中的flag。

三、线程通信

1.通信方式分类

（1）文件共享

如demo所示，一个线程写数据，一个线程读数据

（因为sleep方法throw了InterruptedException，所以外面要包一层try..catch）

（2）网络共享

调用http接口等

（3）变量共享

利用内存的公共区域来实现共享

（4）jdk提供的线程协作API

① suspend/resume （已弃用，容易造成死锁）

缺点1：如果加了同步代码块，suspend并不会像wait一样释放锁，故容易写出死锁代码，导致线程之间死锁

缺点2：消费者和生产者的执行顺序随机，导致生产者通知(resume)提前，使消费者一直等待(suspend)，最终导致程序永久挂起

② wait/notify

优点：wait方法导致当前线程等待，加入该对象的等待集合中，并且放弃当前持有的对象锁；

notify/notifyAll方法唤醒一个或所有正在等待这个对象锁的线程。

缺点：虽然wait会自动解锁，但对顺序有要求，必须要在wait方法后调用notify，否则线程永远处于waiting状态

③ park/unpark

优点：park和unpark对调用顺序没有要求，可以多次调用unpark后再调用park。但是不能叠加，第一次park拿到"许可"后，后续的park需要再次调用unpark获得许可。类似一个标志位。

缺点：同步代码中也不会释放锁

2.伪唤醒

伪唤醒是指线程并非因notify、notifyall、unpark等api调用而唤醒，而是更底层原因导致的。

官方建议在循环中检查线程等待条件，原因是处于等待状态的线程可能会收到错误警报和伪唤醒，如果不在循环中检查等待条件，程序就会在没有满足结束条件的情况下退出。

多线程协作典型场景： 生产者-消费者模型。（线程阻塞、线程唤醒）