关于java:JAVA宝典面试题多线程篇含答案

上面是 Java 线程相干的高频面试题(含答案)，你能够用它来好好筹备面试。

[TOC]

并发：是指多个线程工作在同一个 CPU 上疾速地轮换执行，因为切换的速度十分快，给人的感觉就是这些线程工作是在同时进行的，但其实并发只是一种逻辑上的同时进行；
并行：是指多个线程工作在不同 CPU 上同时进行，是真正意义上的同时执行。

并发性：不仅过程之间能够并发执行，同一个过程的多个线程之间也可并发执行。
领有资源：过程是领有资源的一个独立单位，线程不领有系统资源，但能够拜访隶属于过程的资源。
零碎开销：多过程的程序要比多线程的程序强壮，但在过程切换时，消耗资源较大，效率要差一些。

线程和过程在应用上各有优缺点：线程执行开销小，但不利于资源的治理和爱护；而过程正相反。同时，线程适宜于在 SMP 机器上运行，而过程则能够跨机器迁徙。

一个线程只能属于一个过程，而一个过程能够有多个线程，但至多有一个线程；
资源分配给过程，同一过程的所有线程共享该过程的所有资源；
处理机分给线程，即真正在处理机上运行的是线程；
线程在执行过程中，须要合作同步。不同过程的线程间要利用音讯通信的方法实现同步。

护线程是程序运行的时候在后盾提供一种通用服务的线程。所有用户线程进行，过程会停掉所有守护线程，退出程序。
守护线程领有主动完结本人生命周期的个性，而非守护线程不具备这个特点。

JVM 中的垃圾回收线程就是典型的守护线程，当 JVM 要退出时，垃圾回收线程也会完结本人的生命周期.

1. 继承 Thread 类

2. 实现 Runnable 接口

3. 实现 Callable 接口

4. 通过线程池创立线程(ThreadPollExecutor,ExecutorService..)

Runnable 和 Callable 都是接口，别离提供 run 办法和 call 办法
Runnable 的 run 办法无返回值，Callable 的 call 办法提供返回值来示意工作运行后果
Runnable 无奈通过 throws 抛出异样，所有 CheckedException 必须在 run 办法外部解决。Callable 可间接抛出 Exception 异样.
Runnable 能够作为 Thread 结构器的参数，通过开启新的线程来执行，也能够通过线程池来执行。而 Callable 通过提交给线程池执行

这里要留神审题, 是 零碎线程状态 还是Java 中线程的状态?

java.lang.Thread 类

public enum State {

    NEW,


    RUNNABLE,


    BLOCKED,

 
    WAITING,


    TIMED_WAITING,


    TERMINATED;
}

初始状态（NEW)

对应 Java 中的 NEW
可运行状态（READY）

对应 Java 中的 RUNNBALE 状态
运行状态（RUNNING)

对应 Java 中的 RUNNBALE 状态
期待状态（WAITING)

该状态在 Java 中被划分为了 BLOCKED，WAITING，TIMED_WAITING 三种状态

当线程调用阻塞式 API 时，过程 (线程) 进入期待状态，这里指的是操作系统层面的。从 JVM 层面来说，Java 线程依然处于 RUNNABLE 状态。

JVM 并不关怀操作系统线程的理论状态，从 JVM 看来，期待 CPU 使用权（操作系统状态为可运行态）与期待 I/O（操作系统处于期待状态）没有区别，都是在期待某种资源，所以都纳入 RUNNABLE 状态
终止状态（DEAD）

对应 TERMINATED

sleep()和 wait()都是线程暂停执行的办法。

sleep 办法属于 Thread 类中的静态方法，wait 属于 Object 的成员办法。
sleep()不波及线程通信，调用时会暂停此线程指定的工夫，但监控仍然放弃，不会开释对象锁 ，到工夫 主动复原
wait() 用于线程间的通信，调用时会 放弃对象锁 ，进入 期待队列，待调用 notify()/notifyAll()唤醒指定的线程或者所有线程，才进入对象锁定池筹备从新取得对象锁进入运行状态。
wait，notify 和 notifyAll 只能在 同步控制办法 或者 同步控制块 外面应用，而 sleep 能够在任何中央应用（应用范畴）
sleep()办法必须捕捉异样 InterruptedException，而 wait()\notify()以及 notifyAll()不须要捕捉异样。

notify() 办法随机唤醒对象的 期待池 中的一个线程，进入 锁池；
notifyAll() 唤醒对象的期待池中的所有线程，进入 锁池。

期待池：假如线程 A 调用了某个对象的 wait()办法，线程 A 就会开释该对象的锁，并进入该对象的期待池，期待池中的线程不会去竞争该对象的锁。
锁池：只有获取了对象的锁，线程能力执行对象的 synchronized 代码，对象的锁每次只有一个线程能够取得，其余线程只能在锁池中期待

调用 start() 办法是用来启动线程的，轮到该线程执行时，会主动调用 run()；
调用 run() 办法，无奈达到启动多线程的目标，相当于主线程线性执行 Thread 对象的 run() 办法。
一个线程对线的 start() 办法只能调用一次，屡次调用会抛出 java.lang.IllegalThreadStateException 异样；而 run() 办法没有限度。

通过 Executors 工厂办法创立 (阿里巴巴开发规约中不倡议应用此种形式创立线程池)
通过 new ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue) 自定义创立(举荐)

两个办法都能够向线程池提交工作

execute()办法的返回类型是 void，它定义在 Executor 接口中。
submit()办法能够返回持有计算结果的 Future 对象，它定义在 ExecutorService 接口中，它扩大了 Executor 接口，其它线程池类像 ThreadPoolExecutor 和 ScheduledThreadPoolExecutor 都有这些办法。

程序中保障多线程运行平安的形式：

1. 应用安全类，比方 Java. util. concurrent 下的类。

2. 应用主动锁 synchronized。

3. 应用手动锁 Lock 例如 Reentrantlock。

4. 保障一个或者多个操作在 CPU 执行的过程中不被中断。(原子性)

5. 保障一个线程对共享变量的批改，另外一个线程可能立即看到。(可见性)

6. 保障程序执行的程序依照代码的先后顺序执行。(有序性)

留神答复中不能短少这 3 种个性

线程的安全性问题体现在：

原子性：一个或者多个操作在 CPU 执行的过程中不被中断的个性
可见性：一个线程对共享变量的批改，另外一个线程可能立即看到
有序性：程序执行的程序依照代码的先后顺序执行

锁的级别从低到高：

无锁 -> 偏差锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁

锁分级别起因：

没有优化以前，synchronized 是重量级锁（乐观锁），应用 wait 和 notify、notifyAll 来切换线程状态十分耗费系统资源；线程的挂起和唤醒距离很短暂，这样很浪费资源，影响性能。所以 JVM 对 synchronized 关键字进行了优化，把锁分为无锁、偏差锁、轻量级锁、重量级锁状态。

在学习并发编程常识 synchronized 时，咱们总是难以了解其实现原理，因为偏差锁、轻量级锁、重量级锁都波及到对象头，所以理解 java 对象头是咱们深刻理解 synchronized 的前提条件. 这篇文章蕴含了对象头的解析以及锁收缩过程的解析:

JAVA 对象布局之对象头(Object Header)

JAVA 并发之加锁导致的活跃性问题分析

1.ThreadLocal 介绍

2.ThreadLocal 利用

3.ThreadLocal 源码解析

3.1 解决 Hash 抵触

4.ThreadLocal 个性

5..ThreadLocal 内存泄露问题

java 并发之无同步计划 -ThreadLocal

前置常识, 须要理解对象头.–>JAVA 对象布局之对象头(Object Header)

同步代码块是通过 monitorenter 和 monitorexit 指令获取线程的执行权

monitorenter，如果以后 monitor 的进入数为 0 时，线程就会进入 monitor，并且把进入数 +1，那么该线程就是 monitor 的拥有者(owner)。

如果该线程曾经是 monitor 的拥有者，又从新进入，就会把进入数再次 +1。也就是可重入的。

执行 monitorexit 的线程必须是 monitor 的拥有者，指令执行后，monitor 的进入数减 1，如果减 1 后进入数为 0，则该线程会退出 monitor。其余被阻塞的线程就能够尝试去获取 monitor 的所有权。

monitorexit 指令呈现了两次，第 1 次为同步失常退出开释锁；第 2 次为产生异步退出开释锁；
同步办法通过加 ACC_SYNCHRONIZED 标识实现线程的执行权的管制

标记位 ACC_SYNCHRONIZED，作用就是一旦执行到这个办法时，就会先判断是否有标记位，如果有这个标记位，就会先尝试获取 monitor，获取胜利能力执行办法，办法执行实现后再开释 monitor。在办法执行期间，其余线程都无奈获取同一个 monitor。归根结底还是对 monitor 对象的抢夺，只是同步办法是一种隐式的形式来实现。

总的来说，synchronized 的底层原理是通过 monitor 对象来实现的

作用：

synchronized 示意只有一个线程能够获取作用对象的锁，执行代码，阻塞其余线程。
volatile 示意变量在 CPU 的寄存器中是不确定的，必须从主存中读取。保障多线程环境下变量的可见性；禁止指令重排序。

区别：

synchronized 能够作用于变量、办法、对象；volatile 只能作用于变量。
synchronized 能够保障线程间的有序性、原子性和可见性；volatile 只保障了可见性和有序性，无奈保障原子性。
synchronized 线程阻塞，volatile 线程不阻塞。

在多线程状况下，锁是线程管制的重要途径。Java 为此也提供了 2 种锁机制，synchronized 和 lock。

咱们这里不探讨具体的实现原理和细节, 只探讨它们的区别

如果有小伙伴有趣味更深刻理解它们, 请关注公众号:JAVA 宝典

区别

lock 是一个接口，而 synchronized 是 java 的一个关键字。
synchronized 在产生异样时会主动开释占有的锁，因而不会呈现死锁；而 lock 产生异样时，不会被动开释占有的锁，必须手动来开释锁，可能引起死锁的产生(也称隐式锁和显式锁)
lock 期待锁过程中能够用 interrupt 来中断期待，而 synchronized 只能期待锁的开释，不能响应中断；
Lock 能够通过 trylock 来晓得有没有获取锁，而 synchronized 不能；
Lock 能够进步多个线程进行读操作的效率。（能够通过 readwritelock 实现读写拆散）
在性能上来说，如果竞争资源不强烈，两者的性能是差不多的，而当竞争资源十分强烈时（即有大量线程同时竞争），此时 Lock 的性能要优于 synchronized。在应用时要依据适当状况抉择。
synchronized 是 JVM 层面实现的；Lock 是 JDK 代码层面实现
synchronized 应用 Object 对象自身的 wait、notify、notifyAll 调度机制，而 Lock 能够应用 Condition 进行线程之间的调度
继上一条,synchronized 只有一个阻塞队列, 而 Lock 应用 Condition 能够有多个阻塞队列

synchronized 和 lock 的用法区别

synchronized：在须要同步的对象中退出此管制，synchronized 能够加在办法上，也能够加在特定代码块中，括号中示意须要锁的对象。
lock：个别应用 ReentrantLock 类做为锁。在加锁和解锁处须要通过 lock()和 unlock()显示指出。所以个别会在 finally 块中写 unlock()以防死锁。

在 JDK5.0 之前，想要实现无锁无期待的算法是不可能的，除非用本地库，自从有了 Atomic 变量类后，这成为可能。

在 java.util.concurrent.atomic 包下有这些类:

标量类：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong，AtomicReference
数组类：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，AtomicReferenceArray
更新器类：AtomicLongFieldUpdater，AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicReferenceFieldUpdater
复合变量类：AtomicMarkableReference，AtomicStampedReference

拿 AtomicInteger 来举例, 其外部实现不是简略的应用 synchronized，而是一个更为高效的形式 CAS (compare and swap) + volatile 和 native 办法，从而防止了 synchronized 的高开销，执行效率大为晋升。

/** 
 * Atomically increments by one the current value. 
 * 
 * @return the previous value 
 */  
public final int getAndIncrement() {return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);  
}

这里间接调用一个叫 Unsafe 的类去解决, 这个类是用于执行低级别、不平安操作的办法汇合。只管这个类和所有的办法都是公开的（public），然而这个类的应用依然受限，你无奈在本人的 java 程序中间接应用该类，因为只有授信的代码能力取得该类的实例。所以咱们平时的代码是无奈应用这个类的，因为其设计的操作过于偏底层，如若操作不慎可能会带来很大的劫难，所以间接禁止一般代码的拜访，当然 JDK 应用是没有问题的。

对于 CAS 在我的另一篇文章: 什么是 CAS,ABA 问题怎么解决?

Semaphore 就是一个信号量，它的作用是限度某段代码块的并发数。
Semaphore 有一个构造函数，能够 传入一个 int 型整数 n，示意某段代码最多只有 n 个线程能够拜访，
如果超出了 n，那么请期待，等到某个线程执行结束这段代码块，下一个线程再进入。
由此能够看出如果 Semaphore 构造函数中传入的 int 型整数 n =1，相当于变成了一个 synchronized 了。

Semaphore 类位于 java.util.concurrent 包下，它提供了 2 个结构器：

// 参数 permits 示意许可数目，即同时能够容许多少线程进行拜访  
public Semaphore(int permits) {sync = new NonfairSync(permits);  
}  
// 这个多了一个参数 fair 示意是否是偏心的，即等待时间越久的越先获取许可  
public Semaphore(int permits, boolean fair) {sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);  
}

Semaphore 类中比拟重要的几个办法，首先是 acquire()、release()办法：
acquire()用来获取一个许可，若无许可可能取得，则会始终期待，直到取得许可。
release()用来开释许可。留神，在开释许可之前，必须先获取得许可。

// 尝试获取一个许可，若获取胜利，则立刻返回 true，若获取失败，则立刻返回 false  
public boolean tryAcquire() {};  
// 尝试获取一个许可，若在指定的工夫内获取胜利，则立刻返回 true，否则则立刻返回 false  
public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };   
// 尝试获取 permits 个许可，若获取胜利，则立刻返回 true，若获取失败，则立刻返回 false  
public boolean tryAcquire(int permits) { };   
// 尝试获取 permits 个许可，若在指定的工夫内获取胜利，则立刻返回 true  
public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };  
// 失去以后可用的许可数目  
public int availablePermits();

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关于java:JAVA宝典面试题多线程篇含答案

1. 并行和并发有什么区别？

2. 过程和线程的区别与分割?

区别

分割

3. 守护线程是什么？

利用场景:

4. 创立线程有哪几种形式？

5. 说一下 runnable 和 callable 有什么区别？

6. 线程有哪些状态？

Java 中线程的状态

操作系统中线程的状态

7.sleep() 和 wait() 有什么区别？

8.notify()和 notifyAll()有什么区别？

9. 线程的 run() 和 start() 有什么区别？

10. 创立线程池有哪几种形式?

11.Java 线程池中 submit() 和 execute()办法的区别

12. 在 java 程序中怎么保障多线程的运行平安？

13. 多线程锁的降级原理是什么？

14. 什么是死锁？什么是活锁? 什么是线程饥饿?

15.ThreadLocal 是什么？有哪些应用场景？

16. 说一下 synchronized 底层实现原理?

17.synchronized 和 volatile 的区别是什么？

18.synchronized 和 Lock 的区别是什么？

19. 说一下你对 atomic 的了解 ?

20. 说一下你对 Semaphore 的了解 ?