Java线程面试题

进程与线程的区别

• 进程是资源分配的最小单位
• 线程是CPU调度的最小单位
• 一个程序必须有一个进程，一个进程必须有一个线程

Thread中start和run方法的区别

• 调用start()方法会创建一个新的子线程并启动
• run()方法只是Thread的一个普通方法的调用

Thread和Runnable的关系

• Thread是实现了Runnable接口的类，使得run支持多线程
• 因类的单一继承原则，推荐多使用Runnable接口

线程的状态

• 新建（New）：创建后尚位启动的线程的状态
• 运行（Runnable）：包含Running和Ready
• 无限期等待（Waiting）：不会被分配CPU执行时间，需要显式呗唤醒
• 限期等待（Timed Waiting）：在一定时间后会由系统自动唤醒
• 阻塞（Blocked）：等待排它锁
• 结束（Terminated）：已终止线程的状态，线程已经结束执行

sleep和wait的区别

• sleep是Thread类的方法，wait是Object类中定义的方法
• sleep()方法可以在任何地方使用
• wait()方法只能在sychronized方法或synchronized块中使用
  • Thread.sleep只会让出CPU，不会导致锁行为的改变
  • Object.wait不仅让出CPU，还会释放已经占有的同步资源锁

锁池与等待池

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notify和notifyAll的区别

• notifyAll：会让所有处于等待池的线程全部进入锁池去竞争获取锁的机会
• notify：会随机让一个处于等待池中的线程进入锁池去竞争获取锁的机会

interrupt函数

通知线程应该中断了

• 如果线程处于阻塞状态，那么线程将立即退出被阻塞状态，抛出一个InterruptedException异常
• 如果线程处于正常活动状态，那么会将该线程的中断标志设置为true。被设置中断标志的线程将继续正常运行，不受影响

线程状态以及状态之间的转换

synchronized底层实现原理

• Java对象头

  对象在内存中的布局

  ​ 对象头

  ​ 实例数据

  ​ 对齐填充

  

  

• Monitor

Monitor：每个Java对象天生自带了一把看不见的锁

Monitor存在于每个Java对象的对象头中

synchronized的四种状态

无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁

• 无锁：没有添加任何的锁，此时的目标共享数据没用被任何一个线程占用

• 偏向锁：如果一个线程获得了锁，那么锁就进入偏向模式，此时Mark Word的结构也变为偏向锁结构，当该线程再次请求锁时，无需再做任何同步操作（CAS），即获得锁的过程只需要检测Mark Word的锁标记位是否为偏向锁以及当前线程ID是否等于Mark Word的TreadID即可，这样就省去了大量有关锁申请的操作，适用范围：目标共享数据只被同一个线程占用的时候

• 轻量级锁：轻量级锁是由偏向锁升级来的，偏向锁运行在一个线程进入同步块的情况下，当第二个线程加入锁争用的时候，偏向锁就会升级为轻量级锁，适用范围：目标共享数据被两个线程交替占用的时候

  • 轻量级锁加锁过程（参考的博客）

    1. 在线程执行同步代码块之前，JVM会现在当前线程的栈桢中创建用于存储锁记录的空间，并将锁对象头中的 markWord 信息复制到锁记录中，这个官方称为 Displaced Mard Word。然后线程尝试使用 CAS 将对象头中的 MarkWord 替换为指向锁记录的指针。

       

    2. 将锁对象头中的 markWord 信息复制到锁记录中，这个官方称为 Displaced Mard Word。然后线程尝试使用 CAS 将对象头中的 MarkWord 替换为指向锁记录的指针。如果替换成功，则进入步骤3（上锁成功），失败则进入步骤4（上锁失败）。

    3. CAS 替换成功说明当前线程已获得该锁，此时在栈桢中锁标志位信息也更新为轻量级锁状态：00。此时的栈桢与锁对象头的状态如图所示。

       

    4. 如果CAS 替换失败则说明当前时间锁对象已被某个线程占有，那么此时当前线程只有通过自旋的方式去获取锁。如果在自旋一定次数后仍未获得锁，那么轻量级锁将会升级成重量级锁。

       升级成重量级锁带来的变化就是对象头中锁标志位将变为 10（重量级锁），MarkWord 中存储的也就是指向互斥量（重量级锁）的指针。（注意！！！此时，锁对象头的 MarkWord 已经发生了改变！会导致正在占有锁的线程解锁时，将锁记录CAS回对象头中失败，从而会释放重量级锁并唤醒阻塞的线程了）。

       轻量级锁升级过程流程图：

       

  • 轻量级锁解锁过程

    • 解锁成功：轻量级锁解锁时，会使用CAS将之前复制在栈桢中的 Displaced Mard Word 替换回 Mark Word 中。如果替换成功，则说明整个过程都成功执行，期间没有其他线程访问同步代码块。（此时仍为轻量级锁）

    • 解锁失败：但如果替换失败了，表示当前线程在执行同步代码块期间，有其他线程也在访问，当前锁资源是存在竞争的，那么锁将会膨胀成重量级锁。上图线程一重量级锁部分也就验证了锁膨胀的过程（此时膨胀为重量级锁）。

  

Java线程池

通过new ThreadPoolExecutor(设置参数)或new ScheduledThreadPoolExecutor(设置参数)或new ForkJoinPool(设置参数) 来实现下列对应功能的线程池

ThreadPoolExecutor的构造函数

• corePoolSize：核心线程数量（初始的线程数量）

• maximumPoolSize：线程不够用时能够创建的最大线程数量

• workQueue：任务等待队列，当任务数大于maximumPoolSize时，多出来暂时没线程处理的任务，放进任务等待队列中

• keepAliveTime：除核心线程外的线程，当没有新的任务交给除核心线程外的线程处理，该线程会在keepAliveTime时间过后，自动销毁线程

• threadFactory：创建新线程的方式，默认是（Executors.defaultThreadFactory()）

• handler：线程池的饱和策略，如果堵塞队列（workQueue）满了，并且没用多余的线程可以执行任务，此时执行的策略方式

  • AbortPolicy：直接抛出异常，这是默认策略
  • CallerRunsPolicy：用调用者所在的线程来执行任务
  • DiscardOldestPolicy：丢弃队列中靠最前的任务，并执行当前任务
  • DiscardPolicy：直接丢弃当前任务
  • 通过实现RejectedExecutionHandler接口，来自定义handler策略

线程池的状态

• running：能接受新提交的任务，并且也能处理堵塞队列中的任务

• shutdonw：不再接受新提交的任务，但可以处理堵塞队列的任务

• stop：不再接受新提交的任务，也不处理堵塞队列的任务

• tidying：所有的任务都已终止

• terminated：线程池已终止