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线程

Java面试百分百 2021-08-17
185
1.线程和进程的区别?
 : 进程:进程指正在运行的程序。确切的来说,当一个程序进入内存运行,即变成一个进程,进程是处于运行过程中的程序,并且具有一定独立功能。
线程:线程是进程中的一个执行单元,负责当前进程中程序的执行,一个进程中至少有一个线程。一个进程中是可以有多个线程的,这个应用程序也可以称之为多线程程序。
简而言之:一个程序运行后至少有一个进程,一个进程中可以包含多个线程
 
2.多线程编程的好处?
: (简单回答)
  多线程的概念就和CPU多核一样,好处就是一心多用的意思,比如一个程序可以同时文件读写、网络收发、用户输入等等;多线程程序并不能提高程序的运行速度,但能够提高程序运行效率,让CPU的使用率更高。
(详细点回答)
  多线程的好处在于:可以使CPU多个核同时使用,令计算机效率更高效化,以前单核的机器,同时有两个线程在运行时,是先把其中某线程先执行的形式,这样无疑延长了计算所有的时间,多核的情况下,一线程可以交给一个核去处理,另一个线程可以交给另一个核去处理,这个,计算机的资源利用就大大升高.减少用户等待时间

3.用户线程和守护线程有什么区别?
答:所谓守护线程,是指在程序运行的时候在后台提供一种通用服务的线程,比如垃圾回收线程就是一个很称职的守护者,并且这种线程并不属于程序中不可或缺的部分。因此,当所有的非守护线程结束时,程序也就终止了,同时会杀死进程中的所有守护线程。反过来说,只要任何非守护线程还在运行,程序就不会终止。
  用户线程和守护线程两者几乎没有区别,唯一的不同之处就在于虚拟机的离开:如果用户线程已经全部退出运行了,只剩下守护线程存在了,虚拟机也就退出了。因为没有了被守护者,守护线程也就没有工作可做了,也就没有继续运行程序的必要了。

4.如何创建一个多线程?
答:JDK1.5之前 有两种实现方法,有两种实现方法,
分别是继承Thread类与实现Runnable接口。
    分别使用new Thread()new Thread(runnable)形式,
    第一种直接调用threadrun方法,所以,我们往往使用Thread子类,即new SubThread()。第二种调用runnablerun方法。
     JDK1.5开始,出现了以线程池创建多线程的方式。

5.操作共享数据的安全性?
答:如果有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。
其实,线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作,而无写操作,一般来说,这个全局变量是线程安全的;若有多个线程同时执行写操作,一般都需要考虑线程同步,否则的话就可能影响线程安全

6.如何暂停一条线程?
 答:两种方式暂停一条线程,一个是采取Thread类的sleep()方法,一个是在同步代码中使用wait()方法

7.线程的调度和时间分片?
 答:java虚拟机采用抢占式调度模型,是指优先让可运行池中优先级高的线程占用CPU,如果可运行池中的线程优先级相同,那么就随机选择一个线程,使其占用CPU。处于运行状态的线程会一直运行,直至它不得不放弃CPU
 线程的调度不是跨平台的,它不仅仅取决于java虚拟机,还依赖于操作系统。在某些操作系统中,只要运行中的线程没有遇到阻塞,就不会放弃CPU;在某些操作系统中,即使线程没有遇到阻塞,也会运行一段时间后放弃CPU,给其它线程运行的机会。
java的线程调度是不分时的,同时启动多个线程后,不能保证各个线程轮流获得均等的CPU时间片。

8.线程之间如何通信?
:多个线程在处理同一个资源,但是处理的动作(线程的任务)却不相同。通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。
通常情况下,一个次级线程要为主线程完成某种特定类型的任务,这就隐含着表示在主线程和次级线程之间需要建立一个通信的通道。一般情况下,有下面的几种方法实现这种通信任务:使用全局变量、使用事件对象、使用消息。

9.Java中多线程同步是什么?
答:即当有一个线程在对内存进行操作时,其他线程都不可以对这个内存地址进行操作,直到该线程完成操作, 其他线程才能对该内存地址进行操作,而其他线程又处于等待状态。

10.为什么需要start与run方法,可以只用run方法来完成任务吗?
答: 启动一个线程是调用start()方法,使线程就绪状态,以后可以被调度为运行状态,一个线程必须关联一些具体的执行代码,run()方法是该线程所关联的执行代码。 
如果只用run方法仅仅是作为一个对象调用方法执行,并不会开启新的线程,所以不能叫任务

11.什么是ThreadLocal类,怎么使用它?
答:JDK 1.2的版本中就提供java.lang.ThreadLocalThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。使用这个工具类可以很简洁地编写出优美的多线程程序,ThreadLocal并不是一个Thread,而是Thread局部变量.
  使用:通过ThreadLocal.set()将这个新创建的对象的引用保存到各线程的自己的一个map中,每个线程都有这样一个map,执行ThreadLocal.get()时,各线程从自己的map中取出放进去的对象,因此取出来的是各自自己线程中的对象,ThreadLocal实例是作为mapkey来使用的。

12.Sleep  suspend wait 之间有什么区别?
答:sleep就是正在执行的线程主动让出cpucpu去执行其他线程,在sleep指定的时间过后,cpu才会回到这个线程上继续往下执行,如果当前线程进入了同步锁,sleep方法并不会释放锁,即使当前线程使用sleep方法让出了cpu,但其他被同步锁挡住了的线程也无法得到执行。wait是指在一个已经进入了同步锁的线程内,让自己暂时让出同步锁,以便其他正在等待此锁的线程可以得到同步锁并运行,只有其他线程调用了notify方法,调用wait方法的线程就会解除wait状态和程序可以再次得到锁后继续向下运行。
suspend()方法容易发生死锁。调用suspend()的时候,目标线程会停下来,但却仍然持有在这之前获得的锁定。此时,其他任何线程都不能访问锁定的资源,除非被"挂起"的线程恢复运行。对任何线程来说,如果它们想恢复目标线程,同时又试图使用任何一个锁定的资源,就会造成死锁。所以不应该使用suspend()

13.在一个对象上两个线程可以调用两个不同的同步实例方法么?
答:不能,因为一个对象已经同步了实例方法,线程获取了对象的对象锁。所以只有执行完该方法释放对象锁后才能执行其它同步方法。

14.什么是死锁?
答:死锁就是两个或两个以上的线程被无限的阻塞,线程之间相互等待所需资源。这种情况可能发生在当两个线程尝试获取其它资源的锁,而每个线程又陷入无限等待其它资源锁的释放,除非一个用户进程被终止。

15.什么是线程饿死,什么是活锁。
答:活锁指的是任务或者执行者没有被阻塞,由于某些条件没有满足,导致一直重复尝试,失败,尝试,失败。 活锁和死锁的区别在于,处于活锁的实体是在不断的改变状态,所谓的, 而处于死锁的实体表现为等待;活锁有可能自行解开,死锁则不能。
活锁可以认为是一种特殊的饥饿。 下面这个例子在有的文章里面认为是活锁。实际上这只是一种饥饿。因为没有体现出的特点。假设事务T2再不断的重复尝试获取锁R,那么这个就是活锁。
饿死 ,与死锁和活锁非常相似。是指一个可运行的进程尽管能继续执行,但被调度器无限期地忽视,而不能被调度执行的情况。
可以通过下图来解释一下

解释:这是个独木桥(单进程),桥上只能走一个人,B来到时A在桥上,B等待;

        而此时比B年龄小的C来了,BC现行(A走完后系统把进程分给了C),
        C上桥后,D又来了,B又让D现行(C走完后系统把进程分个了D)
        以此类推B一直是等待状态.

解释:线程AB都需要过桥(都需要使用进程),而都礼让不走(那到的系统优先级相同,都认为不是自己优先级高),就这么僵持下去

16.多线程的效率问题,同步机制。
答:如果数据将在线程间共享。例如正在写的数据以后可能被另一个线程读到,或者正在读的数据可能已经被另一个线程写过了,那么这些数据就是共享数据,必须进行同步存取。 
     当应用程序在对象上调用了一个需要花费很长时间来执行的方法,并且不希望让程序等待方法的返回时,就应该使用异步编程,在很多情况下采用异步途径往往更有效率。

17.都用到了哪些线程池。
答:Java通过Executors提供四种线程池,分别为:
newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池,如果线程池长度超过处理需要,可灵活回收空闲线程,若无可回收,则新建线程。
newFixedThreadPool 创建一个定长线程池,可控制线程最大并发数,超出的线程会在队列中等待。
newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池,支持定时及周期性任务执行。
newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池,它只会用唯一的工作线程来执行任务,保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

18、乐观锁、悲观锁。
悲观锁
总是假设最坏的情况,每次去拿数据的时候都认为别人会修改,所以每次在拿数据的时候都会上锁,这样别人想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁(共享资源每次只给一个线程使用,其它线程阻塞,用完后再把资源转让给其它线程)。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制,比如行锁,表锁等,读锁,写锁等,都是在做操作之前先上锁。Java中synchronized和ReentrantLock等独占锁就是悲观锁思想的实现。

乐观锁
总是假设最好的情况,每次去拿数据的时候都认为别人不会修改,所以不会上锁,但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据,可以使用版本号机制和CAS算法实现。乐观锁适用于多读的应用类型,这样可以提高吞吐量,像数据库提供的类似于write_condition机制,其实都是提供的乐观锁。在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式CAS实现的。

两种锁的使用场景
从上面对两种锁的介绍,我们知道两种锁各有优缺点,不可认为一种好于另一种,像乐观锁适用于写比较少的情况下(多读场景),即冲突真的很少发生的时候,这样可以省去了锁的开销,加大了系统的整个吞吐量。但如果是多写的情况,一般会经常产生冲突,这就会导致上层应用会不断的进行retry,这样反倒是降低了性能,所以一般多写的场景下用悲观锁就比较合适。

19、CAS与synchronized的使用情景。   
     简单的来说CAS适用于写比较少的情况下(多读场景,冲突一般较少),synchronized适用于写比较多的情况下(多写场景,冲突一般较多)

    对于资源竞争较少(线程冲突较轻)的情况,使用synchronized同步锁进行线程阻塞和唤醒切换以及用户态内核态间的切换操作额外浪费消耗cpu资源;而CAS基于硬件实现,不需要进入内核,不需要切换线程,操作自旋几率较少,因此可以获得更高的性能。
    对于资源竞争严重(线程冲突严重)的情况,CAS自旋的概率会比较大,从而浪费更多的CPU资源,效率低于synchronized。

补充:Java并发编程这个领域中synchronized关键字一直都是元老级的角色,很久之前很多人都会称它为 “重量级锁” 。但是,在JavaSE 1.6之后进行了主要包括为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗而引入的 偏向锁 和 轻量级锁 以及其它各种优化之后变得在某些情况下并不是那么重了。synchronized的底层实现主要依靠 Lock-Free 的队列,基本思路是 自旋后阻塞,竞争切换后继续竞争锁,稍微牺牲了公平性,但获得了高吞吐量。在线程冲突较少的情况下,可以获得和CAS类似的性能;而线程冲突严重的情况下,性能远高于CAS。

20、volatile适用于高并发的什么场景?

volatile最适用一个线程写,多个线程读的场合。

   如果有多个线程并发写操作,仍然需要使用锁或者线程安全的容器或者原子变量来代替。(摘自Netty权威指南)

您只能在有限的一些情形下使用 volatile 变量替代锁。要使 volatile 变量提供理想的线程安全,必须同时满足下面两个条件:

 对变量的写操作不依赖于当前值。

 该变量没有包含在具有其他变量的不变式中。


21、多线程使用场景是什么?

1、数据库的数据分析(待分析的数据太多),数据迁移。

2、servlet多线程。

3、FTP下载,多线程操作文件。

4、数据库用到的多线程。

5、分布式计算。

6、tomcat,tomcat内部采用多线程,上百个客户端访问同一个WEB应用,tomcat接入后就是把后续的处理扔给一个新的线程来处理,这个新的线程最后调用我们的servlet程序,比如doGet或者dpPost方法。

7、后台任务:如定时向大量(100W以上)的用户发送邮件;定期更新配置文件、任务调度(如quartz),一些监控用于定期信息采集。

8、自动作业处理:比如定期备份日志、定期备份数据库。

9、异步处理:如发微博、记录日志。

10、页面异步处理:比如大批量数据的核对工作(有10万个手机号码,核对哪些是已有用户)。

大家可以结合自己的项目来进行作答。

22、多线程的优缺点?

何时使用多线程技术,何时避免用它,是我们需要掌握的重要课题。多线程技术是一把双刃剑,在使用时需要充分考虑它的优缺点。

多线程处理可以同时运行多个线程。由于多线程应用程序将程序划分成多个独立的任务,因此可以在以下方面显著提高性能: 

(1)多线程技术使程序的响应速度更快 ,因为用户界面可以在进行其它工作的同时一直处于活动状态;

(2)当前没有进行处理的任务时可以将处理器时间让给其它任务;

(3)占用大量处理时间的任务可以定期将处理器时间让给其它任务;

(4)可以随时停止任务;

(5)可以分别设置各个任务的优先级以优化性能。

 是否需要创建多个线程取决于各种因素。在以下情况下,最适合采用多线程处理: 

(1)耗时或大量占用处理器的任务阻塞用户界面操作;

(2)各个任务必须等待外部资源 (如远程文件或 Internet连接)。

 

同样的 ,多线程也存在许多缺点 ,在考虑多线程时需要进行充分的考虑。多线程的主要缺点包括: 

(1)等候使用共享资源时造成程序的运行速度变慢。这些共享资源主要是独占性的资源 ,如打印机等。

(2)对线程进行管理要求额外的 CPU开销。线程的使用会给系统带来上下文切换的额外负担。当这种负担超过一定程度时,多线程的特点主要表现在其缺点上,比如用独立的线程来更新数组内每个元素。

(3)线程的死锁。即较长时间的等待或资源竞争以及死锁等多线程症状。

(4)对公有变量的同时读或写。当多个线程需要对公有变量进行写操作时,后一个线程往往会修改掉前一个线程存放的数据,从而使前一个线程的参数被修改;另外 ,当公用变量的读写操作是非原子性时,在不同的机器上,中断时间的不确定性,会导致数据在一个线程内的操作产生错误,从而产生莫名其妙的错误,而这种错误是程序员无法预知的。


23、什么是上下文切换?
多线程编程中一般线程的个数都大于 CPU 核心的个数,而一个 CPU 核心在任意时刻只能被一个线程使用,为了让这些线程都能得到有效执行,CPU 采取的策略是为每个线程分配时间片并轮转的形式。当一个线程的时间片用完的时候就会重新处于就绪状态让给其他线程使用,这个过程就属于一次上下文切换。

概括来说就是:当前任务在执行完 CPU 时间片切换到另一个任务之前会先保存自己的状态,以便下次再切换回这个任务时,可以再加载这个任务的状态。任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换。

上下文切换通常是计算密集型的。也就是说,它需要相当可观的处理器时间,在每秒几十上百次的切换中,每次切换都需要纳秒量级的时间。所以,上下文切换对系统来说意味着消耗大量的 CPU 时间,事实上,可能是操作系统中时间消耗最大的操作。

Linux 相比与其他操作系统(包括其他类 Unix 系统)有很多的优点,其中有一项就是,其上下文切换和模式切换的时间消耗非常少。

24、如何避免死锁?
既然产生死锁需要上述的四个条件,那只需要破坏产生死锁的四个条件中的其中一个就可以避免死锁:

    破坏互斥条件 :这个条件我们没有办法破坏,因为我们用锁本来就是想让他们互斥的(临界资源需要互斥访问)。
    破坏请求与保持条件 :一次性申请所有的资源。
    破坏不剥夺条件 :占用部分资源的线程进一步申请其他资源时,如果申请不到,可以主动释放它占有的资源。
    破坏循环等待条件 :靠按序申请资源来预防。按某一顺序申请资源,释放资源则反序释放。破坏循环等待条件。

25、为什么我们调用 start() 方法时会执行 run() 方法,为什么我们不能直接调用 run() 方法?
new 一个 Thread,线程进入了新建状态;调用 start() 方法,会启动一个线程并使线程进入了就绪状态,当分配到时间片后就可以开始运行了。start() 会执行线程的相应准备工作,然后自动执行 run() 方法的内容,这是真正的多线程工作。而直接执行 run() 方法,会把 run 方法当成一个 main 线程下的普通方法去执行,并不会在某个线程中执行它,所以这并不是多线程工作。

总结:调用 start 方法方可启动线程并使线程进入就绪状态,而 run 方法只是 thread 的一个普通方法调用,还是在主线程里执行。

26、并发编程的三个重要特性。
原子性 : 一个的操作或者多次操作,要么所有的操作全部都得到执行并且不会收到任何因素的干扰而中断,要么所有的操作都执行,要么都不执行。synchronized 可以保证代码片段的原子性。
可见性 :当一个变量对共享变量进行了修改,那么另外的线程都是立即可以看到修改后的最新值。volatile 关键字可以保证共享变量的可见性。
有序性 :代码在执行的过程中的先后顺序,Java 在编译器以及运行期间的优化,代码的执行顺序未必就是编写代码时候的顺序。volatile 关键字可以禁止指令进行重排序优化。

27、ThreadLocal 内存泄露问题。
ThreadLocalMap 中使用的 key 为 ThreadLocal 的弱引用,而 value 是强引用。所以,如果 ThreadLocal 没有被外部强引用的情况下,在垃圾回收的时候,key 会被清理掉,而 value 不会被清理掉。这样一来,ThreadLocalMap 中就会出现 key 为 null 的 Entry。假如我们不做任何措施的话,value 永远无法被 GC 回收,这个时候就可能会产生内存泄露。ThreadLocalMap 实现中已经考虑了这种情况,在调用 set()、get()、remove() 方法的时候,会清理掉 key 为 null 的记录。使用完 ThreadLocal方法后 最好手动调用remove()方法。

28、执行 execute()方法和 submit()方法的区别是什么呢?
execute()方法用于提交不需要返回值的任务,所以无法判断任务是否被线程池执行成功与否;
submit()方法用于提交需要返回值的任务。线程池会返回一个 Future 类型的对象,通过这个 Future 对象可以判断任务是否执行成功,并且可以通过 Future 的 get()方法来获取返回值,get()方法会阻塞当前线程直到任务完成,而使用 get(long timeout,TimeUnit unit)方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回,这时候有可能任务没有执行完。

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