Java多线程必须掌握的十个问题

一、进程与线程?并行与并发?

进程代表一个运行中的程序,是资源分配与调度的基本单位。进程有三大特性:

1、独立性:独立的资源,私有的地址空间,进程间互不影响。

2、动态性:进程具有生命周期。

3、并发性:多进程可以在单核CPU上并发运行。

线程代表进程中的一个顺序执行流,多线程就是一个进程中的多个顺序执行流。线程也被称为轻量级的进程,是系统运行的基本单位。

多线程的优势(进程线程区别):

1、进程之间不能共享内存,线程之间共享内存更容易,多线程可协作完成进程工作;

2、创建进程进行资源分配的代价较创建线程要大得多,所以多线程在高并发环境中效率更高。


并行与并发:

并行是指:多核多CPU或多机器处理同一段处理逻辑的时候,同一时刻多个执行流共同执行。

并发是指:通过CPU的调度算法,使用户感觉像是同时处理多个任务,但同一时刻只有一个执行流占用CPU执行。即使多核多CPU环境还是会使用并发,以提高处理效率。

主要的CPU调度算法有如下两种:

1、分时调度:每个线程轮流获取CPU使用权,各个线程平均CPU时间片。

2、抢占式调度:Java虚拟机使用的就是这种调度模型。这种调度方式会根据线程优先级,先调度优先级高的线程,如果线程优先级相同,会随机选取线程执行。


二、PCB是什么?

进程控制块,是进程最重要的数据结构,记录着进程的标识、调度信息、控制信息、以及处理机状态。PCB会在进程创建时创建、进程消亡时消亡,伴随PCB整个生命周期。

其中需要了解的有以下几点:

1、进程标识符用于唯一的标识一个进程。一个进程通常有两种标识符:内部标识符和外部标识符。

2、处理机状态信息主要是由处理机的各种寄存器中的内容组成的。处理机在运行中,许多信息都是放在寄存器中的。当处理机被中断时,所有的这些信息都保存在PCB中,以便在该进程重新执行时,能从断点继续执行。

3、进程调度信息包括进程状态、进程优先级、进程调度所需的其他信息,事件(阻塞原因)。

4、进程控制信息包括程序和数据的地址、进程同步和通信机制、资源清单、链接指针。

5、进程控制块的组织方式为链接方式、索引方式。


三、Java创建线程的四种方式?

1、继承Thread类,实现run()方法。

2、实现Runnable接口,实现run()方法。Runnable实例对象作为Thread构造方法中的target参数传入,充当线程执行体。这种方式适用于多个线程共享资源的情况。

3、实现Callable<Class>接口,实现call()方法

call()方法与run()方法的两个主要区别:

1、call()方法可以有返回值,且返回值类型需要与声明接口时的泛型类型一致。

2、call()方法可以抛出异常。

使用这种方式,步骤较前两种方式比较复杂:

1、在声明接口时就需要指定泛型类型,且call()方法的返回值类型要与泛型类型一致。

2、使用FutureTask<Class>封装Callable实例对象,作为Thread构造方法中的target参数传入。

3、在调用start()后,可使用FutureTask的get()方法获取返回值。

4、实现java.util.concurrent.ThreadFactory接口,实现newThread(Runnable r)方法,自定义创建细节。


四、Java终止线程的四种方式?(可参看博客http://blog.csdn.net/zhangliangzi/article/details/52484302

1、自然终止,run()方法执行结束后,线程自动终止。

2、使用stop()方法,已经被弃用。

3、使用volatile 标志位(其实就是外部控制的自然死亡)。

4、使用interrupt()方法中断运行态和阻塞态线程。(关于interrupt(),调用interrupt()方法,立刻改变的是中断状态,但如果不是在阻塞态,就不会抛出异常;如果在进入阻塞态后,中断状态为已中断,就会立刻抛出异常。但是在获取synchronized锁的过程中不可被中断。详解可参看:http://blog.csdn.net/zhangliangzi/article/details/52485319

注意:当线程抛出一个未被捕获的异常或错误时,线程会异常终止。


五、sleep()方法与wait()方法区别是什么?wait()方法为什么属于Object类?

它们的都是使线程“等待”一段时间,但是:

sleep()方法是Thread类下的方法,控制线程休眠,休眠过程中不会释放锁,sleep()时间到后进入就绪态等待调度。

wait()方法是Object类下的方法,控制线程等待,等待过程会释放锁,被notify()后会进入就绪态等待调度。

至于wait()方法为什么属于Object类,而不是Thread类,是因为:

wait()方法用于多个线程争用一把锁(一般为Synchronized锁住的对象)的情况,同一时刻只有一个线程能够获得锁,其他线程就要在线程队列等待。作用对象就是被锁住的对象,所以线程队列的维护工作应该交给Object。如果交给Thread,那么每个Thread都要知道其他Thread的状态,这并不合理。


六、start()方法与run()方法区别?

start()方法用于启动线程,会把线程状态由新建态转为就绪态,为线程分配线程私有的方法栈、程序计数器等资源,而start()方法会自动把run()方法作为线程执行体。

run()方法本身与普通方法并无二致,直接调用run()方法不会具有线程的意义。


七、简述线程的生命周期

1、新建态,通过上述几种方式创建了具有线程执行体的Thread对象,就进入了新建态。

2、就绪态,调用Thread对象的start()方法,就会为线程分配线程私有的方法栈、程序计数器资源,如果得到CPU资源,线程就会由就绪态转为运行态。换句话说,就绪态的线程获得了除CPU之外的所有必须资源。

3、运行态,就绪态线程得到CPU资源就会转为运行态,执行run()方法。当然,在调用yield()线程让步的情况,线程会由运行态转到就绪态,但这个过程可能是及其短暂的,如果当前线程拥有较高的优先级,即使让步后,它也会直接转为运行态。

4、阻塞态,会导致阻塞态的方法主要有:sleep()方法、wait()方法、join()方法、等待获取锁、等待IO等情况。在这些情况被处理后,就会转为就绪态,等待调度。

5、终止态,包括第四个问题所说的几种情况。


八、后台线程是什么?有什么应用?

后台线程如其名,就是在后台工作的线程,它的任务是为其他线程提供服务,也叫做“守护线程”与“精灵线程”。通过在start()方法调用前,调用setDeamon(true)方法,将线程设置为后台线程。后台线程会在前台线程死亡后由JVM通知死亡。

后台线程最大的应用就是垃圾回收线程,它是一个典型的后台线程。


九、Java常见的锁类型有哪些?请简述其特点。

1、synchronized对象同步锁:synchronized是对对象加锁,可作用于对象、方法(相当于对this对象加锁)、静态方法(相当于对Class实例对象加锁,锁住的该类的所有对象)以保证并发环境的线程安全。同一时刻只有一个线程可以获得锁。

其底层实现是通过使用对象监视器Monitor,每个对象都有一个监视器,当线程试图获取Synchronized锁定的对象时,就会去请求对象监视器(Monitor.Enter()方法),如果监视器空闲,则请求成功,会获取执行锁定代码的权利;如果监视器已被其他线程持有,线程进入同步队列等待。

2、Lock同步锁:与synchronized功能类似,可从Lock与synchronized区别进行分析:

1、Lock可以通过tryLock()方法非阻塞地获取锁而。如果获取了锁即立刻返回true,否则立刻返回false。这个方法还有加上定时等待的重载方法tryLock(long time, TimeUnit unit)方法,在定时期间内,如果获取了锁立刻返回true,否则在定时结束后返回false。在定时等待期间可以被中断,抛出InterruptException异常。而Synchronized在获得锁的过程中是不可被中断的。

2、Lock可以通过lockInterrupt()方法可中断的获取锁,与lock()方法不同的是等待时可以响应中断,抛出InterruptException异常。

3、Synchronized是隐式的加锁解锁,而Lock必须显示的加锁解锁,而且解锁应放到finnally中,保证一定会被解锁,而Synchronized在出现异常时也会自动解锁。但也因为这样,Lock更加灵活。

4、Synchronized是JVM层面上的设计,对对象加锁,基于对象监视器。Lock是代码实现的。

3、可重入锁:ReentrantLock与Synchronized都是可重入锁。可重入意味着,获得锁的线程可递归的再次获取锁。当所有锁释放后,其他线程才可以获取锁。

4、公平锁与非公平锁:“公平性”是指是否等待最久的线程就会获得资源。如果获得锁的顺序是顺序的,那么就是公平的。不公平锁一般效率高于公平锁。ReentrantLock可以通过构造函数参数控制锁是否公平。

5、ReentrantReadWriteLock读写锁:是一种非排它锁, 一般的锁都是排他锁,就是同一时刻只有一个线程可以访问,比如Synchronized和Lock。读写锁就多个线程可以同时获取读锁读资源,当有写操作的时候,获取写锁,写操作之后的读写操作都将被阻塞,直到写锁释放。读写锁适合写操作较多的场景,效率较高。

6、乐观锁与悲观锁:在Java中的实际应用类并不多,大多用在数据库锁上,可参看:http://blog.csdn.net/sdyy321/article/details/6183412

7、死锁:是当两个线程互相等待获取对方的对象监视器时就会发生死锁。一旦出现死锁,整个程序既不会出现异常也不会有提示,但所有线程都处于阻塞状态。死锁一般出现于多个同步监视器的情况。


十、volatile与automicInteger是什么?如何使用?

在并发环境中有三个因素需要慎重考量,原子性、可见性、有序性。

volatile主要用于解决可见性,它修饰变量,相当于对当前语句前后加上了“内存栅栏”。使当前代码之前的代码不会被重排到当前代码之后,当前代码之后的指令不会被重排到当前代码之前,一定程度保证了有序性。而volatile最主要的作用是使修改volatile修饰的变量值时会使所有线程中的缓存失效,并强制写入公共主存,保证了各个线程的一致。可以看做是轻量级的Synchronized。详情可参看:http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920373.html

automicXXX主要用于解决原子性,有一个很经典的问题:i++是原子性的操作码?答案是不是,它其实是两步操作,一步是取i的值,一步是++。在取值之后如果有另外的线程去修改这个值,那么当前线程的i值就是旧数据,会影响最后的运算结果。使用automicXXX就可以非阻塞、保证原子性的对数据进行增减操作。详情可参看:http://ifeve.com/java-atomic/

注:在此列举的只是Java多线程最基础的知识,也是面试官最常问到的,先打牢基础,再去探讨底层原理或者高级用法,除了这十个问题,在此再推荐一些其他的资料:

JVM底层又是如何实现synchronized的:http://www.open-open.com/lib/view/open1352431526366.html

Java线程池详解:http://blog.csdn.net/zhangliangzi/article/details/52389766

Java线程池深度解析:http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3932921.html

ConcurrentHashMap原理分析:http://www.cnblogs.com/ITtangtang/p/3948786.html

Java阻塞队列详解:http://ifeve.com/java-blocking-queue/

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