3.多线程

  1. 并行和并发有什么区别？
  • 并行：同一时刻发生
  • 并发：同一时间间隔发生，并发是多个任务交替使用CPU，同一时刻还是只有一个任务在跑。
  1. 线程和进程的区别？
  • 进程：进程是程序的一次执行，进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动，进程是具有独立功能的程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
  • 线程：线程作为资源调度的基本单位，是程序的执行单元，执行路径(单线程：一条执行路径，多线程：多条执行路径)。是程序使用CPU的最基本单位。

  1. 守护线程是什么？
    其实守护线程和用户线程区别不大，可以理解为特殊的用户线程。特殊就特殊在如果程序中所有的用户线程都退出了，那么所有的守护线程就都会被杀死，很好理解，没有被守护的对象了，也不需要守护线程了。
    守护线程与普通线程的唯一区别是：当JVM中所有的线程都是守护线程的时候，JVM就可以退出了；如果还有一个或以上的非守护线程则不会退出。


    截屏2020-06-23下午5.52.25.png

  2. 创建线程有哪几种方式？
    1） 继承Thread类创建线程类

  • 定义Thread类的子类，并重写该类的run方法，该run方法的方法体就代表了线程要完成的任务。因此把run()方法称为执行体。
  • 创建Thread子类的实例，即创建了线程对象。
  • 调用线程对象的start()方法来启动该线程。
package com.threadtest;
class MyThread extends Thread{
    
    private int ticket = 10;
    private String name;
    public MyThread(String name){
        this.name =name;
    }
    
    public void run(){
        for(int i =0;i<500;i++){
            if(this.ticket>0){
                System.out.println(this.name+"卖票---->"+(this.ticket--));
            }
        }
    }
}
public class ThreadDemo {

    
    public static void main(String[] args) {
        MyThread mt1= new MyThread("一号窗口");
        MyThread mt2= new MyThread("二号窗口");
        MyThread mt3= new MyThread("三号窗口");
        mt1.start();
        mt2.start();
        mt3.start();
    }
}
  1. 通过Runnable接口创建线程类
  • 定义runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法，该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。
  • 创建 Runnable实现类的实例，并依此实例作为Thread的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。
  • 调用线程对象的start()方法来启动该线程。
class MyThread1 implements Runnable{
    private int ticket =10;
    private String name;
    public void run(){
        for(int i =0;i<500;i++){
            if(this.ticket>0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖票---->"+(this.ticket--));
            }
        }
    }
}
public class RunnableDemo {

    
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        //设计三个线程
         MyThread1 mt = new MyThread1();
         Thread t1 = new Thread(mt,"一号窗口");
         Thread t2 = new Thread(mt,"二号窗口");
         Thread t3 = new Thread(mt,"三号窗口");
//         MyThread1 mt2 = new MyThread1();
//         MyThread1 mt3 = new MyThread1();
         t1.start();
         t2.start();
         t3.start();
    }
}
  1. 通过Callable和Future创建线程
    • 创建Callable接口的实现类，并实现call()方法，该call()方法将作为线程执行体，并且有返回值。
    • 创建Callable实现类的实例，使用FutureTask类来包装Callable对象，该FutureTask对象封装了该Callable对象的call()方法的返回值。
    • 使用FutureTask对象作为Thread对象的target创建并启动新线程。
    • 调用FutureTask对象的get()方法来获得子线程执行结束后的返回值。
class MyThread implements Callable<Integer>{

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println("******come here");
        //暂停一会儿线程
        try{

            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        }catch (InterruptedException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        return 1024;
    }
}

public class CallableDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        FutureTask futureTask = new FutureTask(new MyThread());
        new Thread(futureTask,"A").start();
        new Thread(futureTask,"B").start();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"main****计算完成");
        System.out.println(futureTask.get());
    }
}

需要用FutureTask关联runnable接口和callable接口。
Callable接口的好处是不会让住线程阻塞等待，而是会继续主线程。

  1. 说一下 runnable 和 callable 有什么区别？
  • Runnable接口中run()方法返回值是void，没有返回值，只是执行方法；
  • Callable接口中的call()方法是有返回值的，是一个泛型，和Future、FutureTask配合可以用来获取异步执行的结果。

  1. 线程有哪些状态？
    线程通常都有五种状态，创建、就绪、运行、阻塞和死亡。


    截屏2020-06-23下午7.36.19.png

    创建状态。在生成线程对象，并没有调用该对象的start方法，这是线程处于创建状态。
    就绪状态。当调用了线程对象的start方法之后，该线程就进入了就绪状态，但是此时线程调度程序还没有把该线程设置为当前线程，此时处于就绪状态。在线程运行之后，从等待或者睡眠中回来之后，也会处于就绪状态。
    运行状态。线程调度程序将处于就绪状态的线程设置为当前线程，此时线程就进入了运行状态，开始运行run函数当中的代码。
    阻塞状态。线程正在运行的时候，被暂停，通常是为了等待某个时间的发生(比如说某项资源就绪)之后再继续运行。sleep,suspend，wait等方法都可以导致线程阻塞。
    死亡状态。如果一个线程的run方法执行结束或者调用stop方法后，该线程就会死亡。对于已经死亡的线程，无法再使用start方法令其进入就绪。

  2. sleep() 和 wait() 有什么区别？
    sleep()：方法是线程类（Thread）的静态方法，让调用线程进入睡眠状态，让出执行机会给其他线程，等到休眠时间结束后，线程进入就绪状态和其他线程一起竞争cpu的执行时间。因为sleep() 是static静态的方法，他不能改变对象的机锁，当一个synchronized块中调用了sleep() 方法，线程虽然进入休眠，但是对象的机锁没有被释放，其他线程依然无法访问这个对象。
    wait()：wait()是Object类的方法，当一个线程执行到wait方法时，它就进入到一个和该对象相关的等待池，同时释放对象的机锁，使得其他线程能够访问，可以通过notify，notifyAll方法来唤醒等待的线程。

  3. notify()和 notifyAll()有什么区别？

    • 如果线程调用了对象的 wait()方法，那么线程便会处于该对象的等待池中，等待池中的线程不会去竞争该对象的锁。
    • 当有线程调用了对象的 notifyAll()方法（唤醒所有 wait 线程）或 notify()方法（只随机唤醒一个 wait 线程），被唤醒的的线程便会进入该对象的锁池中，锁池中的线程会去竞争该对象锁。也就是说，调用了notify后只要一个线程会由等待池进入锁池，而notifyAll会将该对象等待池内的所有线程移动到锁池中，等待锁竞争。
    • 优先级高的线程竞争到对象锁的概率大，假若某线程没有竞争到该对象锁，它还会留在锁池中，唯有线程再次调用 wait()方法，它才会重新回到等待池中。而竞争到对象锁的线程则继续往下执行，直到执行完了 synchronized 代码块，它会释放掉该对象锁，这时锁池中的线程会继续竞争该对象锁。

  4. 线程的 run()和 start()有什么区别？

  • 每个线程都是通过某个特定Thread对象所对应的方法run()来完成其操作的，方法run()称为线程体。通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程。
  • start()方法来启动一个线程，真正实现了多线程运行。这时无需等待run方法体代码执行完毕，可以直接继续执行下面的代码； 这时此线程是处于就绪状态， 并没有运行。 然后通过此Thread类调用方法run()来完成其运行状态， 这里方法run()称为线程体，它包含了要执行的这个线程的内容， Run方法运行结束， 此线程终止。然后CPU再调度其它线程。
  • run()方法是在本线程里的，只是线程里的一个函数,而不是多线程的。 如果直接调用run(),其实就相当于是调用了一个普通函数而已，直接待用run()方法必须等待run()方法执行完毕才能执行下面的代码，所以执行路径还是只有一条，根本就没有线程的特征，所以在多线程执行时要使用start()方法而不是run()方法。

  1. 创建线程池有哪几种方式？
    ①. newFixedThreadPool(int nThreads)
    创建一个固定长度的线程池，每当提交一个任务就创建一个线程，直到达到线程池的最大数量，这时线程规模将不再变化，当线程发生未预期的错误而结束时，线程池会补充一个新的线程。
    ②. newCachedThreadPool()
    创建一个可缓存的线程池，如果线程池的规模超过了处理需求，将自动回收空闲线程，而当需求增加时，则可以自动添加新线程，线程池的规模不存在任何限制。
    ③. newSingleThreadExecutor()
    这是一个单线程的Executor，它创建单个工作线程来执行任务，如果这个线程异常结束，会创建一个新的来替代它；它的特点是能确保依照任务在队列中的顺序来串行执行。
    ④. newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
    创建了一个固定长度的线程池，而且以延迟或定时的方式来执行任务，类似于Timer。

  2. 线程池都有哪些状态？

https://www.cnblogs.com/-wyl/p/9760670.html

image

  1. 线程池中 submit()和 execute()方法有什么区别？
    https://www.cnblogs.com/liuchuanfeng/p/6956014.html
  • 接收的参数不一样
  • submit有返回值，而execute没有
    用到返回值的例子，比如说我有很多个做validation的task，我希望所有的task执行完，然后每个task告诉我它的执行结果，是成功还是失败，如果是失败，原因是什么。然后我就可以把所有失败的原因综合起来发给调用者。
  • submit方便Exception处理
    意思就是如果你在你的task里会抛出checked或者unchecked exception，而你又希望外面的调用者能够感知这些exception并做出及时的处理，那么就需要用到submit，通过捕获Future.get()抛出的异常。
  1. 在 java 程序中怎么保证多线程的运行安全？
    三个方面：原子性，可见性，有序性
  • 原子性：提供互斥访问，同一时刻只能有一个线程对数据进行操作，（atomic,synchronized）；
  • 可见性：一个线程对主内存的修改可以及时地被其他线程看到，（synchronized,volatile）；
  • 有序性：一个线程观察其他线程中的指令执行顺序，由于指令重排序，该观察结果一般杂乱无序，（happens-before原则）。
  1. 多线程锁的升级原理是什么？
    https://blog.csdn.net/tongdanping/article/details/79647337
    无锁状态->轻量级锁->重量级锁

CAS操作：https://www.jianshu.com/p/d4551df6e6b8
CAS操作简单总结：也就是自旋锁，比较相同再交换，两个线程i1和i2去修改内存值a假设为0，i1把a取出来+1，可能i2也取a出来+1了，此时可以i1把旧的内存值a=0和新的内存值a=1比较，不同，就开始自旋，重新取出a，进行操作。
CAS典型问题是ABA问题，可以设置一个计数器。

偏向锁：

  • 定义：它的意思是这个锁会偏向于第一个获得它的线程，会在对象头存储锁偏向的线程ID，以后该线程进入和退出同步块时只需要检查是否为偏向锁、锁标志位以及 ThreadID即可。
  • 设置偏向锁的过程：当锁对象第一次被线程获取的时候，虚拟机将会把对象头中的标志位设为“01”，即偏向模式。同时使用CAS操 作把获取到这个锁的线程的ID记录在对象的Mark Word之中 ，如果CAS操作成功，持有偏向锁的线程以后每 次进入这个锁相关的同步块时，虚拟机都可以不再进行任何同步操作，偏向锁的效率高。

  • 偏向锁的升级：如果不一致（其他线程，如线程2要竞争锁对象，而偏向锁不会主动释放因此还是存储的线程1的threadID），那么需要查看Java对象头中记录的线程1是否存活，如果没有存活，那么锁对象被重置为无锁状态，其它线程（线程2）可以竞争将其设置为偏向锁；如果存活，那么立刻查找该线程（线程1）的栈帧信息，如果还是需要继续持有这个锁对象，那么暂停当前线程1，撤销偏向锁，升级为轻量级锁，如果线程1 不再使用该锁对象，那么将锁对象状态设为无锁状态，重新偏向新的线程。


    截屏2020-06-24上午10.05.42.png

轻量级锁：

  • 形成：线程i1获得轻量级锁的时候，判断当前对象是否处于无锁状态，是的话在栈帧中创立一个Lock Record的空间，此时把对象头的Mark Word拷贝到栈帧中的Lock Record。同时用CAS操作把对象头中的Mark Word更新为指向Lock Record的指针。
    如果在线程1复制对象头的同时（在线程1CAS之前），线程2也准备获取锁，复制了对象头到线程2的锁记录空间中，但是在线程2CAS的时候，发现线程1已经把对象头换了，线程2的CAS失败，那么线程2就尝试使用自旋锁来等待线程1释放锁。

  • 何时升级为重量级锁：不能让i2一直自旋，如果自旋次数到了线程1还没有释放锁，或者线程1还在执行，线程2还在自旋等待，这时又有一个线程3过来竞争这个锁对象，那么这个时候轻量级锁就会膨胀为重量级锁。重量级锁把除了拥有锁的线程都阻塞，防止CPU空转。


    截屏2020-06-24上午10.22.53.png

  1. 什么是死锁？
    死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。

  2. 怎么防止死锁？
    死锁的四个必要条件：

  • 互斥条件：进程对所分配到的资源不允许其他进程进行访问，若其他进程访问该资源，只能等待，直至占有该资源的进程使用完成后释放该资源。
  • 请求和保持条件：进程获得一定的资源之后，又对其他资源发出请求，但是该资源可能被其他进程占有，此事请求阻塞，但又对自己获得的资源保持不放。
  • 不可剥夺条件：是指进程已获得的资源，在未完成使用之前，不可被剥夺，只能在使用完后自己释放。
  • 环路等待条件：是指进程发生死锁后，若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。
  1. ThreadLocal 是什么？有哪些使用场景？
    https://www.jianshu.com/p/6fc3bba12f38
    https://www.jianshu.com/p/3c5d7f09dfbd
    线程局部变量是局限于线程内部的变量，属于线程自身所有，不在多个线程间共享。Java提供ThreadLocal类来支持线程局部变量，是一种实现线程安全的方式。但是在管理环境下（如 web 服务器）使用线程局部变量的时候要特别小心，在这种情况下，工作线程的生命周期比任何应用变量的生命周期都要长。任何线程局部变量一旦在工作完成后没有释放，Java 应用就存在内存泄露的风险。

52.说一下 synchronized 底层实现原理？
https://cloud.tencent.com/developer/article/1465413
每一个Java对象都可以与一个监视器monitor关联，我们可以把它理解成为一把锁，当一个线程想要执行一段被synchronized圈起来的同步方法或者代码块时，该线程得先获取到synchronized修饰的对象 对应的monitor。
我们的Java代码里不会显示地去创造这么一个monitor对象，我们也无需创建，事实上可以这么理解： monitor并不是随着对象创建而创建的。我们是通过synchronized修饰符告诉JVM需要为我们的某个对 象创建关联的monitor对象。

* monitor竞争

通过CAS尝试把monitor的owner字段设置为当前线程。
如果设置之前的owner指向当前线程，说明当前线程再次进入monitor，即重入锁，执行 recursions ++ ，记录重入的次数。
如果当前线程是第一次进入该monitor，设置recursions为1，_owner为当前线程，该线程成功获 得锁并返回。
如果获取锁失败，则等待锁的释放。

* monitor等待

当前线程被封装成ObjectWaiter对象node，状态设置成ObjectWaiter::TS_CXQ。
在for循环中，通过CAS把node节点push到_cxq列表中，同一时刻可能有多个线程把自己的node 节点push到_cxq列表中。
node节点push到_cxq列表之后，通过自旋尝试获取锁，如果还是没有获取到锁，则通过park将当 前线程挂起，等待被唤醒。
当该线程被唤醒时，会从挂起的点继续执行，通过 ObjectMonitor::TryLock 尝试获取锁。

* monitor释放

退出同步代码块时会让_recursions减1，当_recursions的值减为0时，说明线程释放了锁。
根据不同的策略（由QMode指定），从cxq或EntryList中获取头节点，通过ObjectMonitor::ExitEpilog 方法唤醒该节点封装的线程，唤醒操作最终由unpark完成.

保证三大特性：原子性，可见性，有序性
synchronized锁的特性：可重入性，不可中断性

  • 八锁问题
    https://www.jianshu.com/p/adefc4a9a86c
    • 普通同步方法，锁是当前实例对象
    • 静态同步方法，锁是当前类的class对象
    • 同步方法块，锁是括号里面的对象
  1. synchronized 和 volatile 的区别是什么？
  • 本质上：volatile本质上是告诉JVM当前变量在寄存器中的值是不确定的，需要从主存中读取；synchronized是锁定当前变量，只有当前线程可以访问变量，其他线程被阻塞。
  • 基于第一点，volatile不会造成线程阻塞，而synchronized会。
  • 作用域：volatile关键字只能作用于变量；synchronized可以作用于变量方法代码块。
  • JMM三大特性：volatile不保证原子性。
  • volatile不会被编译器优化，synchronized可以被编译器优化。
  1. synchronized 和 Lock 有什么区别？
  • 一个是关键字，一个是类
  • 一个会自动放锁，一个要手动
  • Lock多一些功能：
    1）可以终止线程的等待；
    2）公平锁；
    Lock锁适合大量同步的代码的同步问题，synchronized锁适合代码少量的同步问题。
  1. synchronized 和 ReentrantLock 区别是什么？
    https://www.cnblogs.com/takumicx/p/9338983.html
    ReentrantLock是可重入的独占锁。比起synchronized功能更加丰富，支持公平锁实现，支持中断响应以及限时等待等等。可以配合一个或多个Condition条件方便的实现等待通知机制。

二者的锁机制其实也是不一样的:ReentrantLock底层调用的是Unsafe的park方法加锁，synchronized操作的应该是对象头中mark word。

  1. 说一下 atomic 的原理？

如何保证原子性：自旋 + CAS（乐观锁）。在这个过程中，通过compareAndSwapInt比较更新value值，如果更新失败，重新获取旧值，然后更新。
可以看到大概实现原理是：通过CAS乐观锁保证原子性，通过自旋保证当次修改的最终修改成功，通过降低锁粒度（多段锁）增加并发性能。

Atomic包中的类基本的特性就是在多线程环境下，当有多个线程同时对单个（包括基本类型及引用类型）变量进行操作时，具有排他性，即当多个线程同时对该变量的值进行更新时，仅有一个线程能成功，而未成功的线程可以向自旋锁一样，继续尝试，一直等到执行成功。

Atomic系列的类中的核心方法都会调用unsafe类中的几个本地方法。我们需要先知道一个东西就是Unsafe类，全名为：sun.misc.Unsafe，这个类包含了大量的对C代码的操作，包括很多直接内存分配以及原子操作的调用，而它之所以标记为非安全的，是告诉你这个里面大量的方法调用都会存在安全隐患，需要小心使用，否则会导致严重的后果，例如在通过unsafe分配内存的时候，如果自己指定某些区域可能会导致一些类似C++一样的指针越界到其他进程的问题。

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