java基础巩固8

对称加密算法

（1）对称加密算法就是传统的用一个密码进行加密和解密。例如，我们常用的WinZIP和WinRAR对压缩包的加密和解密，就是使用对称加密算法。从程序的角度看，所谓加密，就是一个接受密码和明文，然后输出密文的函数，而解密则相反，它接收密码和密文，然后输出明文。在软件开发中，常用的对称加密算法有：

密钥长度直接决定加密强度，而工作模式和填充模式可以看成是对称加密算法的参数和格式选择。Java标准库提供的算法实现并不包括所有的工作模式和所有填充模式，但是通常我们只需要挑选常用的使用就可以了。
DES算法由于密钥过段，现在可以再短时间内暴力破解，已经不安全了。

多线程基础

（1）进程和线程是包含关系，但是多任务既可以由多进程实现，也可以由单进程内的多线程实现，还可以混合多进程＋多线程。
具体采用哪种方式，要考虑到进程和线程的特点。
和多线程相比，多进程的缺点在于：
创建进程比创建线程开销大，尤其是在windows系统上；
进程间通信比线程间通信要慢，因为线程间的通信就是读写同一个变量，速度很快。
多进程的优点在于：
多进程稳定性比多线程高，因为在多进程的情况下，一个进程不会影响其他进程，而在多线程的情况下，任何一个线程崩溃会导致整个进程崩溃。
（2）java语言内置了多线程支持：一个java程序实际上是一个jvm进程，jvm进程用一个主线程来执行main方法，在main()方法内部，我们又可以启动多个线程。此外，JVM还有负责垃圾回收的其他工作线程。
（3）要特别注意，直接调用Thread实例的run()方法是无效的，直接调用run()方法，相当于调用了一个普通的java方法，当前线程并没有任何改变，也不会启动新线程。必须调用Thread实例的start()方法才能启动新线程，如果我们产看Thread类的源代码，会看到start()方法内部调用了一个private native void start0()方法，native修饰符表示这个方法是由JVM虚拟机内部的C代码实现的，不是由java实现的。
（4）可以对线程设定优先级，设定优先级的方法是Thread.setPriority(int n)，优先级高的线程被操作系统调度的优先级较高，操作系统对高优先级线程可能调度更频繁，但我们不能通过设置优先级来确保高优先级的线程一定会先执行。

线程的状态

（1）在java程序中，一个线程对象只能调用一次start()方法启动新线程，并在新线程中执行run()方法，一旦run()方法执行完毕，线程就结束了。因此，java现成的状态有以下几种：
New：新创建的线程，尚未执行
Runnable：运行中的线程，正在执行run()方法的java代码
Blocked：运行中的线程，因为某些操作被阻塞而挂起
waiting：运行中的线程，因为某些操作在等待中
Time Waiting：运行中的线程，因为执行sleep()方法正在计时等待
Terminated：线程已经终止，因为run()执行完毕
（2）线程终止的原因有：
一、线程正常终止：run()方法执行到return语句返回
二、线程意外终止：run()方法因为未捕获的异常导致线程终止；
三、对某个线程Thread实例调用stop()方法强制终止（强烈不推荐使用）。
（3）一个线程还可以等待另一个线程知道其运行结束，例如，main线程在启动t线程后，可以通过t.join()等待t线程结束后再继续运行。当main线程对线程对象t调用join()方法时，主线程将等待变量t表示的线程运行结束，即join就是指等待该线程结束，然后才继续往下执行自身线程。如果t线程已经结束，对实例t调用join()会立刻返回。此外，join(long)的重载方法也可以指定一个等待时间，超过等待时间后就不再继续等待。

中断线程

（1）如果线程需要执行一个长时间任务，就可能需要中断线程，中断线程就是其他线程给该线程发一个信号，该线程收到信号后立刻结束执行run()方法，是的自身线程能立刻结束运行。
（2）main线程通过调用t.interrupt()从而通知t线程中断，而此时t线程正位于hello.join的等待中，此方法会立即结束等待并抛出InterruptedException。由于我们在t线程中捕获了InterruptedException，因此就可以准备结束该线程。而t线程结束前，对hello线程也进行了interrupt()通知其中断。
（3）另一个常用的中断线程的方法是设置标志位。我们通常会用一个running标志位来标识线程是否应该继续运行。在外部线程中，通过吧HelloThread.running设置为false，就可以让线程结束。
（4）HelloThread的标志位boolean running是一个线程间共享的变量，线程间共享变量需要使用volatile关键字标识，确保每个线程都能读取到更新后的值。为什么要对线程间共享的变量用关键字volatile声明？这涉及到Java的内存模型，在java虚拟机中，变量的值保存在主内存中，但是，当线程访问变量时，它会先获取一个副本，并保存在自己的工作内存中。如果线程修改了变量的值，虚拟机会在某个时刻把修改后的值写回主内存，但是这个时间是不确定的。

这会导致如果一个线程更新了某个变量，另一个线程读取的值可能还是更新前的。因此，volatile关键字的目的是告诉虚拟机：
每次访问变量时，总是获取主内存的最新值；
每次修改变量后，立刻会写到主内存。
volatile关键字解决的是可见性问题，当一个线程修改了某个共享变量的值，其他线程能够立刻看到修改后的值，如果我们去掉volatile关键字，运行程序，发现效果差不多，这是因为在x86的架构下，JVM回写主内存的速度非常快，但换成ARM的架构，就会有显著的延迟。

计算机架构简介

（1）ARM架构，过去称作进阶精简指令集机器，是一个32位精简指令集处理器架构，其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点，ARM处理器非常适用于行动通讯领域。
（2）x86系列/Atom处理器，x86是Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的返程。x86架构是重要地可变指令长度复杂指令长度的CISC。
（3）PowerPC 是一种精简指令集（RISC）架构的中央处理器（CPU），PowerPC架构的特点是可伸缩性好、易嵌入、方便灵活、能耗低。PowerPC 处理器有广泛的应用范围（如任天堂 Gamecube 使用了 PowerPC）。

守护线程

（1）java程序入口就是JVM启动main线程，main线程又可以启动其他线程。当所有线程都运行结束时，jvm退出，进程结束。如果有一个线程没有退出，jvm进程就不会退出，所以必须保证所有线程都能及时结束。但是有一种线程的目的就是无限循环。例如一个定时触发任务的线程，如果这个线程不结束，JVM进程就无法结束。当其他线程结束时，JVM进程又必须结束，怎么办？答案是守护线程（Daemon Thread），守护线程是指为其他线程服务的线程。在jvm中，所有非守护线程都结束后，无论有没有守护线程，虚拟机都会自动退出。
（2）在守护线程中，编写代码要注意，守护线程不能持有任何需要关闭的资源，例如打开文件等，因为虚拟机退出时，守护线程没有任何机会来关闭文件，这会导致数据丢失。

线程同步

（1）当多个线程同时运行时，线程的调度由操作系统决定，程序本身无法决定。因此，任何一个线程都有可能在任何指令处被操作系统暂停，然后在某个时间段后继续执行。此时如果多个线程同时读写共享变量，会出现数据不一致的问题。因此在多线程模式下，要保证逻辑正确，对共享变量进行读写时，必须保证一组指令以原子方式执行，即某一个线程执行时，其他线程必须等待。通过加锁和解锁的操作，就能保证3条指令总是在一个线程执行期间，不会有其他线程会进入此指令区间。即使在执行期线程被操作系统中断执行，其他线程也会因为无法获得锁导致无法进行此指令区间。只有执行线程将锁释放后，其他线程才有机会获得锁并执行。这种加锁与解锁之间的代码块我们称为临界区，任何时候临界区最多只有一个线程能够执行。
（2）保证一段代码的原子性就是通过加锁和解锁实现的。java程序使用synchronized关键字对一个对象进行加锁，synchronized保证了代码块在任意时刻最多只有一个线程能够执行。
（3）
synchronized(Counter.lock) { // 获取锁
…
} // 释放锁
它表示用Count.lock实例作为锁，两个线程在执行各自的synchronized(Count.lock){…}代码块时，必须先获取锁，才能进入代码块进行。执行结束后，在synchronized语句块结束会自动释放锁。这样一来，对Counter.count变量进行读写就不可能同时进行。使用synchronized解决了多线程同步访问共享变量的正确性问题。但是，它的缺点是带来了性能下降。因为synchronized代码块无法并发执行。此外，加锁和解锁需要消耗一定的时间，所以，synchronized会降低程序的执行效率。
因此使用synchronized的流程为：
1.找出修改共享变量的线程代码块。
2.选择一个共享实例作为锁。
3.使用synchronized(lockObject){…}。
在使用synchronized的时候，不必担心抛出异常，因为无论是否有异常，都会在synchronized结束处正确释放锁。
（4）jvm规范定义了几种原子操作：
基本类型（long和double除外）赋值，例如：int n = m
引用类型赋值，例如List list = anotherList;
long和double是64位数据，JVM没有明确规定64位赋值操作是不是一个原子操作，不过在x64平台的JVM是把long和double的赋值作为原子操作实现的。

同步方法

（1）如果一个类被设计为允许多线程正确访问，我们就说这个类是线程安全地（thread-safe）。Java标准库的java.lang.StringBuffer也是线程安全的。还有一些不变类，例如String，Integer，LocalDate，它们所有变量都是final，多线程同时访问时只能读不能写，这些不变类也是线程安全的。最后，类似Math这些只提供静态方法，没有成员变量的类，也是线程安全的。除了上述几种少数情况，大部分类，例如ArrayList，都是非线程安全的类，我们不能再多线程中修改它们。但是，如果所有线程都只读取，不写入，那么ArrayList是可以安全地在线程间共享的。
（2）因此，用synchronized修饰的方法就是同步方法，它表搜狐和怎个方法都必须用this实例加锁。对于static方法，是没有this实例的，因为static方法是针对类而不是实例；但是我们注意到任何一个类都有一个由JVM自动创建的Class实例，因此，对static方法添加synchronized，锁住的是该类的Class实例。

死锁

（1）Java的线程锁是可重入的锁。对于同一个线程，能否在获取到锁以后继续获取同一个锁？答案是肯定的，JVM允许同一个线程重复获取同一个锁，这种能被同一个线程反复获取的锁，就叫作可重入锁。由于Java的线程锁是可重入锁，所以获取锁的时候，不但要判断是否第一次获取，还要记录这是第几次获取。每获取一次锁，记录+1，每退出一次synchronized块，记录-1，减到0的时候，才会真正地释放锁。
（2）一个线程可以获取一个锁后，在继续获取另一个锁。在获取多个锁的时候，不同线程获取多个不同对象的锁可能会导致死锁。两个线程各自持有不同的锁，然后各自视图获取对方手里的锁，造成了双方无限等待下去，这就是死锁。死锁发生后，没有任何机制能解除死锁，只能强制结束JVM进程。
（3）如何避免死锁？线程获取锁的顺序要一致，即严格按照先获取lockA，再获取lockB的顺序。

使用wait和notify

（1）在Java程序汇总，synchronized解决了多线程竞争的问题。例如，对一个任务管理器，多个线程同时往队列中添加任务，可以使用sunchronized加锁。但是synchronized并没有解决多线程协调的问题。
（2）多线程协调运行的原则是：当条件不满足时，线程进入等待状态，当条件满足时，线程被唤醒，继续执行任务。wait()方法并不是一个普通的Java方法，而是定义在Object类的一个native方法，也就是由JVM的C代码实现的。其次，必须在sunchronized块中才能调用wait()方法，因为wati()方法调用时，会释放线程所获得的锁，wait()方法返回后，线程又会重新视图获取锁。因此，只能在锁对象上调用wait()方法。
（3）当一个线程在this.wati()等待时，它就会释放锁，从而是的其他线程可以在当前方法获得this锁。线程对this锁对象调用notify方法，这个方法会唤醒一个正在this锁等待的线程，从而使得等待线程从this.wait()方法返回。
（4）注意到wait()方法返回时需要重新获得this锁。假设当前有三个线程被唤醒，唤醒后，首先要等待执行当前方法的线程结束此方法后，才会释放this锁，随后这3个线程中只有一个获取到this锁，剩下两个将继续等待。