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2021
11-01

Java经典面试题汇总:多线程

1. 并行和并发有什么区别？

  • 并行：多个处理器或多核处理器同时处理多个任务。
  • 并发：多个任务在同一个 CPU 核上，按细分的时间片轮流(交替)执行，从逻辑上来看那些任务是同时执行。
  • 并发 = 两个队列和一台咖啡机。 并行 = 两个队列和两台咖啡机。

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2. 线程和进程的区别？

一个程序下至少有一个进程，一个进程下至少有一个线程，一个进程下也可以有多个线程来增加程序的执行速度。

3. 守护线程是什么？

守护线程是运行在后台的一种特殊进程。它独立于控制终端并且周期性地执行某种任务或等待处理某些发生的事件。 在 Java 中垃圾回收线程就是特殊的守护线程

4. 实现多线程的方式有哪些？

  • 继承Thread类：Java单继承，不推荐；
  • 实现Runnable接口：Thread类也是继承Runnable接口，推荐；
  • 实现Callable接口：实现Callable接口，配合FutureTask使用，有返回值；
  • 使用线程池：复用，节约资源；

5. 说一下 runnable 和 callable 有什么区别？

runnable 没有返回值，callable 可以拿到有返回值，callable 可以看作是 runnable 的补充

6. sleep() 和 wait() 有什么区别？

  • 两者都可以暂停线程的执行。
  • 类的不同：sleep() 来自 Thread，wait() 来自 Object。
  • 释放锁：sleep() 不释放锁；wait() 释放锁。
  • 用法不同：sleep() 时间到会自动恢复；wait() 可以使用 notify()/notifyAll()直接唤醒。 

7. 线程有哪些状态？

  • NEW 尚未启动
  • RUNNABLE 正在执行中
  • BLOCKED 阻塞的（被同步锁或者IO锁阻塞）
  • WAITING 永久等待状态
  • TIMED_WAITING 等待指定的时间重新被唤醒的状态
  • TERMINATED 执行完成

8. notify()和 notifyAll()有什么区别？

notifyAll()会唤醒所有的线程，notify()之后唤醒一个线程。notifyAll() 调用后，会将全部线程由等待池移到锁池，然后参与锁的竞争，竞争成功则继续执行，如果不成功则留在锁池等待锁被释放后再次参与竞争。 而 notify()只会唤醒一个线程，具体唤醒哪一个线程由虚拟机控制。

9. 线程的 run() 和 start() 有什么区别？

start() 方法用于启动线程，run() 方法用于执行线程的运行时代码。 run() 可以重复调用，而 start() 只能调用一次。

10. 创建线程池有哪几种方式？

线程池创建有七种方式，最核心的是最后一种：

  • newSingleThreadExecutor()：它的特点在于工作线程数目被限制为 1，操作一个无界的工作队列， 所以它保证了所有任务的都是被顺序执行，最多会有一个任务处于活动状态，并且不允许使用者改动线程池实例，因此可以避免其改变线程数目；
  • newCachedThreadPool()：它是一种用来处理大量短时间工作任务的线程池，具有几个鲜明特点：它会试图缓存线程并重用， 当无缓存线程可用时，就会创建新的工作线程；如果线程闲置的时间超过 60 秒，则被终止并移出缓存；长时间闲置时，这种线程池，不会消耗什么资源。其内部使用 SynchronousQueue 作为工作队列；
  • newFixedThreadPool(int nThreads)：重用指定数目（nThreads）的线程，其背后使用的是无界的工作队列，任何时候最多有 nThreads 个工作线程是活动的。 这意味着，如果任务数量超过了活动队列数目，将在工作队列中等待空闲线程出现；如果有工作线程退出，将会有新的工作线程被创建，以补足指定的数目 nThreads；
  • newSingleThreadScheduledExecutor()：创建单线程池，返回 ScheduledExecutorService，可以进行定时或周期性的工作调度；
  • newScheduledThreadPool(int corePoolSize)：和newSingleThreadScheduledExecutor()类似， 创建的是个 ScheduledExecutorService，可以进行定时或周期性的工作调度，区别在于单一工作线程还是多个工作线程；
  • newWorkStealingPool(int parallelism)：这是一个经常被人忽略的线程池，Java 8 才加入这个创建方法， 其内部会构建ForkJoinPool，利用Work-Stealing算法，并行地处理任务，不保证处理顺序；
  • ThreadPoolExecutor()：是最原始的线程池创建，上面1-3创建方式都是对ThreadPoolExecutor的封装

11. 线程池中 submit() 和 execute() 方法有什么区别？

execute()：只能执行 Runnable 类型的任务,无返回值

submit()：可以执行 Runnable 和 Callable 类型的任务,有返回值

12. Java 程序中怎么保证多线程的运行安全？

方法一：使用安全类，比如 Java. util. concurrent 下的类。

方法二：使用自动锁 synchronized。

方法三：使用手动锁 Lock。

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手动锁 Java 示例代码如下：
Lock lock = new ReentrantLock();
lock. lock();
try {
    System. out. println("获得锁");
} catch (Exception e) {
    // TODO: handle exception
} finally {
    System. out. println("释放锁");
    lock. unlock();
}

13. 多线程中 synchronized 锁升级的原理是什么？

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ynchronized 锁升级原理：在锁对象的对象头里面有一个 threadid 字段，在第一次访问的时候 threadid 为空，jvm 让其持有偏向锁，并将 threadid 设置为其线程 id， 再次进入的时候会先判断 threadid 是否与其线程 id 一致，如果一致则可以直接使用此对象，如果不一致，则升级偏向锁为轻量级锁，通过自旋循环一定次数来获取锁，执行一定次数之后， 如果还没有正常获取到要使用的对象，此时就会把锁从轻量级升级为重量级锁，此过程就构成了 synchronized 锁的升级。 锁的升级的目的：锁升级是为了减低了锁带来的性能消耗。在 Java 6 之后优化 synchronized 的实现方式，使用了偏向锁升级为轻量级锁再升级到重量级锁的方式，从而减低了锁带来的性能消耗

14. 什么是死锁？

当线程 A 持有独占锁a，并尝试去获取独占锁 b 的同时，线程 B 持有独占锁 b，并尝试获取独占锁 a 的情况下， 就会发生 AB 两个线程由于互相持有对方需要的锁，而发生的阻塞现象，我们称为死锁。

15. 死锁的必要条件？怎么防止死锁？

  • 互斥：一次只有一个进程可以使用一个资源。其他进程不能访问已分配给其他进程的资源。
  • 占有且等待：当一个进程在等待分配得到其他资源时，其继续占有已分配得到的资源。
  • 非抢占：不能强行抢占进程中已占有的资源。
  • 循环等待：存在一个封闭的进程链，使得每个资源至少占有此链中下一个进程所需要的一个资源。

防止：

  • 死锁检测
  • 加锁顺序
  • 尽量使用 tryLock(long timeout, TimeUnit unit)的方法(ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock)，设置超时时间，超时可以退出防止死锁。
  • 尽量使用 Java. util. concurrent 并发类代替自己手写锁。
  • 尽量降低锁的使用粒度，尽量不要几个功能用同一把锁。 尽量减少同步的代码块。

16. ThreadLocal 是什么？有哪些使用场景？

ThreadLocal，即线程本地变量。如果你创建了一个ThreadLocal变量，那么访问这个变量的每个线程都会有这个变量的一个本地拷贝，多个线程操作这个变量的时候，实际是操作自己本地内存里面的变量，从而起到线程隔离的作用，避免了线程安全问题。常见的ThreadLocal使用场景为用来解决数据库连接、Session管理等。

17. 说一下 synchronized 底层实现原理？

synchronized 是由一对 monitorenter/monitorexit 指令实现的，monitor 对象是同步的基本实现单元。 在 Java 6 之前，monitor 的实现完全是依靠操作系统内部的互斥锁，因为需要进行用户态到内核态的切换，所以同步操作是一个无差别的重量级操作，性能也很低。 但在 Java 6 的时候，Java 虚拟机 对此进行了大刀阔斧地改进，提供了三种不同的 monitor 实现， 也就是常说的三种不同的锁：偏向锁（Biased Locking）、轻量级锁和重量级锁，大大改进了其性能。

18. synchronized 和 volatile 的区别是什么？

  • volatile 是变量修饰符；synchronized 是修饰类、方法、代码段。
  • volatile 仅能实现变量的修改可见性，不能保证原子性；而 synchronized 则可以保证变量的修改可见性和原子性。
  • volatile 不会造成线程的阻塞；synchronized 可能会造成线程的阻塞。

19. synchronized 和 Lock 有什么区别？

  •  synchronized 可以给类、方法、代码块加锁；而 lock 只能给代码块加锁。
  • synchronized 不需要手动获取锁和释放锁，使用简单，发生异常会自动释放锁，不会造成死锁；而 lock 需要自己加锁和释放锁，如果使用不当没有 unLock()去释放锁就会造成死锁。 通过 Lock 可以知道有没有成功获取锁，而 synchronized 却无法办到。

20. 说一下 atomic 的原理？

atomic 主要利用 CAS (Compare And Wwap) 和 volatile 和 native 方法来保证原子操作， 从而避免 synchronized 的高开销，执行效率大为提升。

21. synchronized 和 ReentrantLock 区别是什么？

synchronized 早期的实现比较低效，对比 ReentrantLock，大多数场景性能都相差较大， 但是在 Java 6 中对 synchronized 进行了非常多的改进。

主要区别如下：

  • ReentrantLock 使用起来比较灵活，但是必须有释放锁的配合动作；
  • ReentrantLock 必须手动获取与释放锁，而 synchronized 不需要手动释放和开启锁； ReentrantLock 只适用于代码块锁，而 synchronized 可用于修饰方法、代码块等。 

22. LinkedBlockingQueue与ArrayBlockingQueue的区别？

  • 队列大小有所不同，ArrayBlockingQueue是有界的初始化必须指定大小，而LinkedBlockingQueue可以是有界的也可以是无界的(Integer.MAX_VALUE)，（而且不会初始化就占用一大片内存）对于后者而言，当添加速度大于移除速度时，在无界的情况下，可能会造成内存溢出等问题。
  • 数据存储容器不同，ArrayBlockingQueue采用的是数组作为数据存储容器，而LinkedBlockingQueue采用的则是以Node节点作为连接对象的链表。
  • 由于ArrayBlockingQueue采用的是数组的存储容器，因此在插入或删除元素时不会产生或销毁任何额外的对象实例，而LinkedBlockingQueue则会生成一个额外的Node对象。这可能在长时间内需要高效并发地处理大批量数据的时，对于GC可能存在较大影响。
  • 两者的实现队列添加或移除的锁不一样，ArrayBlockingQueue实现的队列中的锁是没有分离的，即添加操作和移除操作采用的同一个ReenterLock锁，而LinkedBlockingQueue实现的队列中的锁是分离的，其添加采用的是putLock，移除采用的则是takeLock，这样能大大提高队列的吞吐量，也意味着在高并发的情况下生产者和消费者可以并行地操作队列中的数据，以此来提高整个队列的并发性能。
  • 两者的size都是强一致的。但是实现有区别，Array～使用全局锁      Linked～使用原子变量实现。

总结

本篇文章就到这里了，希望能给你带来帮助，也希望您能够多多关注自学编程网的更多内容！

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