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  • 多线程面试题

    1.进程与线程的区别

      参照:多线程(一)进程与线程

    一个进程是一个独立(self contained)的运行环境,它可以被看作一个程序或者一个应用。
    线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位,它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位。
    线程是进程的子集,一个进程可以有很多线程,每条线程并行执行不同的任务。不同的进程使用不同的内存空间,而所有的线程共享一片相同的内存空间。

    2.线程实现方式

      参照:多线程(一)进程与线程

    1.继承 Thread 类,Thread 类也是实现的Runnable接口。
    2.实现 Runnable 接口
    3.实现 Callable 接口,与 Future配合使用,有返回值

    3.线程生命周期

      参照:多线程(一)进程与线程

    NEW: 新建状态,线程对象已经创建,但尚未启动
    RUNNABLE:就绪状态,可运行状态,调用了线程的start方法,已经在java虚拟机中执行,等待获取操作系统资源如CPU,操作系统调度运行。
    Running:就绪状态的线程获取到了CPU
    BLOCKED:堵塞状态。线程等待锁的状态,等待获取锁进入同步块/方法或调用wait后重新进入需要竞争锁
    WAITING:等待状态。等待另一个线程以执行特定的操作。调用以下方法进入等待状态。 Object.wait(), Thread.join(),LockSupport.park
    TIMED_WAITING: 线程等待一段时间。调用带参数的Thread.sleep, objct.wait,Thread.join,LockSupport.parkNanos,LockSupport.parkUntil
    TERMINATED:进程结束状态。

    4.为什么wait, notify 和 notifyAll这些方法不在thread类里面

      参照:多线程(一)进程与线程

    JAVA提供的锁是对象级的而不是线程级的,每个对象都有锁,通过线程获得。如果线程需要等待某些锁那么调用对象中的wait()方法就有意义了。如果wait()方法定义在Thread类中,线程正在等待的是哪个锁就不明显了。
    简单的说,由于wait,notify和notifyAll都是锁级别的操作,所以把他们定义在Object类中因为锁属于对象。

    5.有三个线程T1,T2,T3,怎么确保它们按顺序执行

      参照:多线程(一)进程与线程

    在多线程中有多种方法让线程按特定顺序执行,你可以用线程类的join()方法在一个线程中启动另一个线程,另外一个线程完成该线程继续执行。
    为了确保三个线程的顺序你应该先启动最后一个(T3调用T2,T2调用T1),这样T1就会先完成而T3最后完成。

    6.synchronized的作用域

      参照:多线程(二)Synchronized

    对于synchronized有两种锁住的对象,一个类本身,一个是类实例对象。对于类本身,可以通过静态方法上加synchronized关键字或者将类的class作为参数;对于类实例对象,就是在非静态方法或者以this作为参数。
    被锁对象是类的实例对象时,synchronized只在同一实例中作用;被锁对象是类对象时,即使new多个实例对象,但他们仍然是属于同一个类,依然会被锁住,即线程之间保证同步关系。

    7.同步方法和同步块的区别

      参照:多线程(二)Synchronized

    同步块是更好的选择,因为它不会锁住整个对象(当然你也可以让它锁住整个对象)。同步方法会锁住整个对象,哪怕这个类中有多个不相关联的同步块,这通常会导致他们停止执行并需要等待获得这个对象上的锁。

    8.synchronized的实现原理

      参照:多线程(二)Synchronized

    对于同步方法,JVM采用ACC_SYNCHRONIZED标记符来实现同步。 对于同步代码块。JVM采用monitorenter、monitorexit两个指令来实现同步。
    方法级的同步是隐式的。同步方法的常量池中会有一个ACC_SYNCHRONIZED标志。当某个线程要访问某个方法的时候,会检查是否有ACC_SYNCHRONIZED,如果有设置,则需要先获得监视器锁,然后开始执行方法,方法执行之后再释放监视器锁。这时如果其他线程来请求执行方法,会因为无法获得监视器锁而被阻断住。值得注意的是,如果在方法执行过程中,发生了异常,并且方法内部并没有处理该异常,那么在异常被抛到方法外面之前监视器锁会被自动释放。
    执行monitorenter指令理解为加锁,执行monitorexit理解为释放锁。 每个对象维护着一个记录着被锁次数的计数器。未被锁定的对象的该计数器为0,当一个线程获得锁(执行monitorenter)后,该计数器自增变为 1 ,当同一个线程再次获得该对象的锁的时候,计数器再次自增。当同一个线程释放锁(执行monitorexit指令)的时候,计数器再自减。当计数器为0的时候。锁将被释放,其他线程便可以获得锁。
    Java的线程是映射到操作系统原生线程之上的,如果要阻塞或唤醒一个线程就需要操作系统的帮忙,这就要从用户态转换到核心态,因此状态转换需要花费很多的处理器时间,对于代码简单的同步块(如被synchronized修饰的get 或set方法)状态转换消耗的时间有可能比用户代码执行的时间还要长,所以说synchronized是java语言中一个重量级的操纵。

    9.volatile 变量是什么

      参照:多线程(三)Volatile

    volatile是一个特殊的修饰符,只有成员变量才能使用它。保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性,即一个线程修改了某个变量的值,这新值对其他线程来说是立即可见的。

    10.什么是ThreadLocal变量

      参照:多线程(四)ThreadLocal

    ThreadLocal使用场合主要解决多线程中数据数据因并发产生不一致问题。ThreadLocal为每个线程的中并发访问的数据提供一个副本,通过访问副本来运行业务,这样的结果是耗费了内存,单大大减少了线程同步所带来性能消耗,也减少了线程并发控制的复杂度。
    ThreadLocal不能使用原子类型,只能使用Object类型。ThreadLocal的使用比synchronized要简单得多。ThreadLocal和Synchonized都用于解决多线程并发访问。但是ThreadLocal与synchronized有本质的区别。
    synchronized是利用锁的机制,使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问。而ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本,使得每个线程在某一时间访问到的并不是同一个对象,这样就隔离了多个线程对数据的数据共享。而Synchronized却正好相反,它用于在多个线程间通信时能够获得数据共享。

    11.ThreadLocal的实现原理

      参照:多线程(四)ThreadLocal

    Thread类有一个类型为ThreadLocal.ThreadLocalMap的实例变量threadLocals,即每个线程都有一个属于自己的ThreadLocalMap。
    ThreadLocalMap内部维护着Entry数组,每个Entry代表一个完整的对象,key是ThreadLocal本身,value是ThreadLocal的泛型值。
    每个线程在往ThreadLocal里设置值的时候,都是往自己的ThreadLocalMap里存,读也是以某个ThreadLocal作为引用,在自己的map里找对应的key,从而实现了线程隔离。

    12.ThreadLocal 内存泄露问题

      参照:多线程(四)ThreadLocal

    ThreadLocalMap中使用的 key 为 ThreadLocal 的弱引用,弱引用比较容易被回收。因此,如果ThreadLocal(ThreadLocalMap的Key)被垃圾回收器回收了,但是因为ThreadLocalMap生命周期和Thread是一样的,它这时候如果不被回收,就会出现这种情况:ThreadLocalMap的key没了,value还在,这就会「造成了内存泄漏问题」。
    解决内存泄漏问题的办法是使用完ThreadLocal后,及时调用remove()方法释放内存空间。

    13.synchronized 和 ReentrantLock 有什么不同

      参照:多线程(五)Lock 

    ReentrantLock提供了一种能够中断等待锁的线程的机制,通过lock.lockInterruptibly()来实现这个机制。
    ReentrantLock可以指定是公平锁还是非公平锁。而synchronized只能是非公平锁。所谓的公平锁就是先等待的线程先获得锁。
    synchronized与wait()和notify()/notifyAll()方法结合实现等待/通知机制,ReentrantLock类借助Condition接口实现(signal、signalAll、await)。
    ReentrantLock需要手工声明来加锁和释放锁,一般跟finally配合释放锁。而synchronized不用手动释放锁。

    14.ReadWriteLock是什么

      参照:多线程(五)Lock 

    一般而言,读写锁是用来提升并发程序性能的锁分离技术的成果。Java中的ReadWriteLock是Java 5 中新增的一个接口,一个ReadWriteLock维护一对关联的锁,一个用于只读操作一个用于写。
    在没有写线程的情况下一个读锁可能会同时被多个读线程持有。写锁是独占的,你可以使用JDK中的ReentrantReadWriteLock来实现这个规则,它最多支持65535个写锁和65535个读 锁。

    15.什么是线程池

      参照:多线程(六)ThreadPool

    创建线程要花费昂贵的资源和时间,如果任务来了才创建线程那么响应时间会变长,而且一个进程能创建的线程数有限。为了避免这些问题,在程序启动的时 候就创建若干线程来响应处理,它们被称为线程池,里面的线程叫工作线程。
    从JDK1.5开始,Java API提供了Executor框架让你可以创建不同的线程池。比如单线程池,每次处理一个任务;数目固定的线程池或者是缓存线程池(一个适合很多生存期短 的任务的程序的可扩展线程池)

    16.怎么检测一个线程是否拥有锁

    在java.lang.Thread中有一个方法叫holdsLock(),它返回true如果当且仅当当前线程拥有某个具体对象的锁。

    17.wait() 和 sleep()方法有什么不同

    Java程序中wait 和 sleep都会造成某种形式的暂停,它们可以满足不同的需要。wait()方法用于线程间通信,如果等待条件为真且其它线程被唤醒时它会释放锁,而 sleep()方法仅仅释放CPU资源或者让当前线程停止执行一段时间,但不会释放锁。

    18.在多线程中,什么是上下文切换(context-switching)

    上下文切换是存储和恢复CPU状态的过程,它使得线程执行能够从中断点恢复执行。上下文切换是多任务操作系统和多线程环境的基本特征

    19.什么是死锁(Deadlock)

    死锁是指两个以上的线程永远阻塞的情况,这种情况产生至少需要两个以上的线程和两个以上的资源。
    死锁的发生必须具备以下四个必要条件:
    1)互斥条件:指进程对所分配到的资源进行排它性使用,即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源,则请求者只能等待,直至占有资源的进程用毕释放。
    2)请求和保持条件:指进程已经保持至少一个资源,但又提出了新的资源请求,而该资源已被其它进程占有,此时请求进程阻塞,但又对自己已获得的其它资源保持不放。
    3)不剥夺条件:指进程已获得的资源,在未使用完之前,不能被剥夺,只能在使用完时由自己释放。
    4)环路等待条件:指在发生死锁时,必然存在一个进程——资源的环形链,即进程集合{P0,P1,P2,···,Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源;P1正在等待P2占用的资源,……,Pn正在等待已被P0占用的资源。
    
    分析死锁,我们需要查看Java应用程序的线程转储。我们需要找出那些状态为BLOCKED的线程和他们等待的资源。每个资源都有一个唯一的id,用这个id我们可以找出哪些线程已经拥有了它的对象锁。

    20.Java Timer类作用

    java.util.Timer是一个工具类,可以用于安排一个线程在未来的某个特定时间执行。Timer类可以用安排一次性任务或者周期任务。
    java.util.TimerTask是一个实现了Runnable接口的抽象类,我们需要去继承这个类来创建我们自己的定时任务并使用Timer去安排它的执行。

    21.如何保证多线程下i++ 结果正确

    使用循环CAS,实现i++原子操作
    使用锁机制,实现i++原子操作
    使用synchronized,实现i++原子操作

    22.什么是阻塞队列

    阻塞队列(BlockingQueue)是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作是:在队列为空时,获取元素的线程会等待队列变为非空。当队列满时,存储元素的线程会等待队列可用
    阻塞队列常用于生产者和消费者的场景,生产者是往队列里添加元素的线程,消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器,而消费者也只从容器里拿元素。
    阻塞队列可以用wait()和notify()方法、Condition的await()和signalAll()方法实现

    23.什么是乐观锁和悲观锁

    乐观锁:对于并发间操作产生的线程安全问题持乐观状态,乐观锁认为竞争不总是会发生,因此它不需要持有锁,将比较-设置这两个动作作为一个原子操作尝试去修改内存中的变量,如果失败则表示发生冲突,那么就应该有相应的重试逻辑。
    悲观锁:对于并发间操作产生的线程安全问题持悲观状态,悲观锁认为竞争总是会发生,因此每次对某资源进行操作时,都会持有一个独占的锁,就像synchronized,直接对操作资源上了锁。

    24.AQS原理

    AQS核心思想是,如果被请求的共享资源空闲,则将当前请求的资源的线程设置为有效的工作线程,并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用,那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制,这个机制AQS用CLH(Craig,Landin,and Hagersten)队列锁实现的,即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。
    CLH同步队列是一个FIFO双向队列,AQS依赖它来完成同步状态的管理,当前线程如果获取同步状态失败时,AQS则会将当前线程已经等待状态等信息构造成一个节点(Node)并将其加入到CLH同步队列,同时会阻塞当前线程,当同步状态释放时,会把首节点唤醒(公平锁),使其再次尝试获取同步状态。
    AQS使用int类型的成员变量state来表示同步方法,当state>0时表示已经获取了锁,当state=0表示释放了锁。
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