Java 并发常见基础见面试题总结

Java 并发常见面试题总结

进程

• 进程是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位，因此进程是动态的。系统运行一个程序即是一个进程从创建，运行到消亡的过程。

• 在 Java 中，当我们启动 main 函数时其实就是启动了一个 JVM 的进程，而 main 函数所在的线程就是这个进程中的一个线程，也称主线程。

线程

线程与进程相似，但线程是一个比进程更小的执行单位。一个进程在其执行的过程中可以产生多个线程。与进程不同的是同类的多个线程共享进程的堆和方法区资源，但每个线程有自己的程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈，所以系统在产生一个线程，或是在各个线程之间作切换工作时，负担要比进程小得多，也正因为如此，线程也被称为轻量级进程。

进程和线程的关系

一个进程中可以有多个线程，多个线程共享进程的堆和方法区 (JDK1.8 之后的元空间)资源，但是每个线程有自己的程序计数器、虚拟机栈 和 本地方法栈。

程序计数器为什么是私有的？

程序计数器私有主要是为了线程切换后能恢复到正确的执行位置。

虚拟机栈和本地方法栈为什么是私有的?

为了保证线程中的局部变量不被别的线程访问到，虚拟机栈和本地方法栈是线程私有的。

并发与并行的区别

1. 并行指多个事件在同一个时刻发生；并发指在某时刻只有一个事件在发生，某个时间段内由于 CPU 交替执行，可以发生多个事件。
2. 并行没有对 CPU 资源的抢占；并发执行的线程需要对 CPU 资源进行抢占。
3. 并行执行的线程之间不存在切换；并发操作系统会根据任务调度系统给线程分配线程的 CPU 执行时间，线程的执行会进行切换。

为什么要使用多线程呢?

1. **从计算机底层来说：**线程可以比作是轻量级的进程，是程序执行的最小单位,线程间的切换和调度的成本远远小于进程
2. 从当代互联网发展趋势来说： 现在的系统动不动就要求百万级甚至千万级的并发量，而多线程并发编程正是开发高并发系统的基础，利用好多线程机制可以大大提高系统整体的并发能力以及性能。
3. 单核时代： 在单核时代多线程主要是为了提高 CPU 和 IO 设备的综合利用率
4. 多核时代： 多核时代多线程主要是为了提高 CPU 利用率

为什么要用并发编程？

1. 并发编程可以提升 CPU 的计算能力的利用率。
2. 提升程序的性能，如：响应时间、吞吐量、计算机资源使用率等。
3. 并发程序可以更好地处理复杂业务，对复杂业务进行多任务拆分，简化任务调度，同步执行任务。

并发编程的缺点？

1. Java 中的线程对应是操作系统级别的线程，线程数量控制不好，频繁的创建、销毁线程和线程间的切换，比较消耗内存和时间。
2. 容易带来线程安全问题。如线程的可见性、有序性、原子性问题，会导致程序出现的结果与预期结果不一致。
3. 多线程容易造成死锁、活锁、线程饥饿等问题。此类问题往往只能通过手动停止线程、甚至是进程才能解决，影响严重。
4. 对编程人员的技术要求较高，编写出正确的并发程序并不容易。
5. 并发程序易出问题，且难调试和排查；问题常常诡异地出现，又诡异地消失。

说说线程的生命周期和状态?

Java 线程在运行的生命周期中的指定时刻只可能处于下面 6 种不同状态的其中一个状态

线程在生命周期中并不是固定处于某一个状态而是随着代码的执行在不同状态之间切换。Java 线程状态变迁如下图所示

订正(来自issue736)：原图中 wait到 runnable状态的转换中，join实际上是Thread类的方法，但这里写成了Object。

由上图可以看出：线程创建之后它将处于 NEW（新建） 状态，调用 start() 方法后开始运行，线程这时候处于 READY（可运行） 状态。可运行状态的线程获得了 CPU 时间片（timeslice）后就处于 RUNNING（运行） 状态。

操作系统隐藏 Java 虚拟机（JVM）中的 READY 和 RUNNING 状态，它只能看到 RUNNABLE 状态，所以 Java 系统一般将这两个状态统称为 RUNNABLE（运行中） 状态 。

当线程执行 wait()方法之后，线程进入 WAITING（等待） 状态。进入等待状态的线程需要依靠其他线程的通知才能够返回到运行状态，而 TIME_WAITING(超时等待) 状态相当于在等待状态的基础上增加了超时限制，比如通过 sleep（long millis）方法或 wait（long millis）方法可以将 Java 线程置于 TIMED WAITING 状态。当超时时间到达后 Java 线程将会返回到 RUNNABLE 状态。当线程调用同步方法时，在没有获取到锁的情况下，线程将会进入到 BLOCKED（阻塞） 状态。线程在执行 Runnable 的run()方法之后将会进入到 TERMINATED（终止） 状态。

什么是上下文切换?

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。

什么是线程死锁?如何避免死锁?

线程死锁

线程死锁是指由于两个或者多个线程互相持有所需要的资源，导致这些线程一直处于等待其他线程释放资源的状态，无法继续执行，如果线程都不主动释放所占有的资源，将产生死锁。

当线程处于这种僵持状态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。

如下图所示，线程 A 持有资源 2，线程 B 持有资源 1，他们同时都想申请对方的资源，所以这两个线程就会互相等待而进入死锁状态。

产生死锁必须具备以下四个条件：

1. 互斥条件：该资源任意一个时刻只由一个线程占用。
2. 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
3. 不剥夺条件:线程已获得的资源在末使用完之前不能被其他线程强行剥夺，只有自己使用完毕后才释放资源。
4. 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

如何避免线程死锁?

为了避免死锁，我们只要破坏产生死锁的四个条件中的其中一个就可以了

1. 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）。
2. 破坏请求与保持条件 ：一次性申请所有的资源。
3. 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。
4. 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。

说说 sleep() 方法和 wait() 方法区别和共同点?

区别

• sleep() 是 Thread 类的静态本地方法；wait() 是Object类的成员本地方法
• wait() 通常被用于线程间交互/通信，sleep 通常被用于暂停执行。
• sleep() 方法可以在任何地方使用；wait() 方法则只能在同步方法或同步代码块中使用，否则抛出异常Exception in thread “Thread-0” java.lang.IllegalMonitorStateException
• sleep() 会休眠当前线程指定时间，释放 CPU 资源，不释放对象锁，休眠时间到自动苏醒继续执行；wait() 方法放弃持有的对象锁，进入等待队列，当该对象被调用 notify() / notifyAll() 方法后才有机会竞争获取对象锁，进入运行状态；

共同点

• JDK1.8 sleep() wait() 均需要捕获 InterruptedException 异常
• 两者都可以暂停线程的执行。

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。

Runnable和Callable有什么区别？

• Runnable 接口 run 方法无返回值；Callable 接口 call 方法有返回值，支持泛型
• Runnable 接口 run 方法只能抛出运行时异常，且无法捕获处理；Callable 接口 call 方法允许抛出异常，可以获取异常信息。

notify()和notifyAll()有什么区别？

先解释两个概念。

• 等待池：假设一个线程A调用了某个对象的wait()方法，线程A就会释放该对象的锁后，进入到了该对象的等待池，等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，线程才能执行对象的 synchronized 代码，对象的锁每次只有一个线程可以获得，其他线程只能在锁池中等待

区别：
notify() 方法随机唤醒对象的等待池中的一个线程，进入锁池；notifyAll() 唤醒对象的等待池中的所有线程，进入锁池。