高并发编程基础知识

4）线程和进程的区别：（必考）

答：

1. 进程是一个 “执行中的程序”，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位；
2. 线程是进程的一个实体，一个进程中拥有多个线程，线程之间共享地址空间和其它资源（所以通信和同步等操作线程比进程更加容易）；
3. 线程上下文的切换比进程上下文切换要快很多。

   • （1）进程切换时，涉及到当前进程的 CPU 环境的保存和新被调度运行进程的 CPU 环境的设置。

   • （2）线程切换仅需要保存和设置少量的寄存器内容，不涉及存储管理方面的操作。

面试官：进程间如何通讯？线程间如何通讯？

答：进程间通讯依靠 IPC 资源，例如管道（pipes）、套接字（sockets）等；

线程间通讯依靠 JVM 提供的 API，例如 wait()、notify()、notifyAll() 等方法，线程间还可以通过共享的主内存来进行值的传递。

什么是阻塞（Blocking）和非阻塞（Non-Blocking）？

答：阻塞和非阻塞通常用来形容多线程间的相互影响。比如一个线程占用了临界区资源，那么其他所有需要这个而资源的线程就必须在这个临界区中进行等待。等待会导致线程挂起，这种情况就是阻塞。此时，如果占用资源的线程一直不愿意释放资源，那么其他所有阻塞在这个临界区上的线程都不能工作。

非阻塞的意思与之相反，它强调没有一个线程可以妨碍其他线程执行。所有的线程都会尝试不断前向执行。

临界区是什么？

答：临界区用来表示一种公共资源或者说是共享资源，可以被多个线程使用。但是每一次，只能有一个线程使用它，一旦临界区资源被占用，其他线程要想使用这个资源，就必须等待。

什么是死锁（Deadlock）、饥饿（Starvation）和活锁（Livelock

死锁应该是最糟糕的一种情况了，它表示两个或者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。

饥饿是指某一个或者多个线程因为种种原因无法获得所需要的资源，导致一直无法执行。比如：
1）它的线程优先级可能太低，而高优先级的线程不断抢占它需要的资源，导致低优先级的线程无法工作。在自然界中，母鸡喂食雏鸟时，很容易出现这种情况，由于雏鸟很多，食物有限，雏鸟之间的食物竞争可能非常厉害，小雏鸟因为经常抢不到食物，有可能会被饿死。线程的饥饿也非常类似这种情况。
2）另外一种可能是，某一个线程一直占着关键资源不放，导致其他需要这个资源的线程无法正常执行，这种情况也是饥饿的一种。
与死锁相比，饥饿还是有可能在未来一段时间内解决的（比如高优先级的线程已经完成任务，不再疯狂的执行）

活锁是一种非常有趣的情况。不知道大家是不是有遇到过这样一种情况，当你要坐电梯下楼，电梯到了，门开了，这时你正准备出去，但不巧的是，门外一个人挡着你的去路，他想进来。于是你很绅士的靠左走，避让对方，但同时对方也很绅士，但他靠右走希望避让你。结果，你们又撞上了。于是乎，你们都意识到了问题，希望尽快避让对方，你立即向右走，他也立即向左走，结果又撞上了！不过介于人类的只能，我相信这个动作重复 2、 3 次后，你应该可以顺利解决这个问题，因为这个时候，大家都会本能的对视，进行交流，保证这种情况不再发生。
但如果这种情况发生在两个线程间可能就不会那么幸运了，如果线程的智力不够，且都秉承着 “谦让” 的原则，主动将资源释放给他人使用，那么就会出现资源不断在两个线程中跳动，而没有一个线程可以同时拿到所有的资源而正常执行。这种情况就是活锁。

如何避免死锁？（经常接着问这个问题哦~）

答：指定获取锁的顺序，举例如下：

1. 比如某个线程只有获得 A 锁和 B 锁才能对某资源进行操作，在多线程条件下

2. 获得锁的顺序是一定的，比如规定，只有获得 A 锁的线程才有资格获取 B 锁，按顺序获取锁就可以避免死锁！！！

1. 新建（NEW）状态：表示新创建了一个线程对象，而此时线程并没有开始执行。

2. 可运行（RUNNABLE）状态：线程对象创建后，其它线程（比如 main 线程）调用了该对象的 start() 方法，才表示线程开始执行。当线程执行时，处于 RUNNBALE 状态，表示线程所需的一切资源都已经准备好了。该状态的线程位于可运行线程池中，等待被线程调度选中，获取 cpu 的使用权。

3. 阻塞（BLOCKED）状态：如果线程在执行过程终于到了 synchronized 同步块，就会进入 BLOCKED 阻塞状态，这时线程就会暂停执行，直到获得请求的锁。

4. 等待（WAITING）状态：当线程等待另一个线程通知调度器一个条件时，它自己进入等待状态。在调用Object.wait方法或Thread.join方法，或者是等待java.util.concurrent库中的Lock或Condition时，就会出现这种情况；

5. 计时等待（TIMED_WAITING）状态：Object.wait、Thread.join、Lock.tryLock和Condition.await 等方法有超时参数，还有 Thread.sleep 方法、LockSupport.parkNanos 方法和 LockSupport.parkUntil 方法，这些方法会导致线程进入计时等待状态，如果超时或者出现通知，都会切换会可运行状态；

6. 终止（TERMINATED）状态：当线程执行完毕，则进入该状态，表示结束。

注意：从 NEW 状态出发后，线程不能再回到 NEW 状态，同理，处于 TERMINATED 状态的线程也不能再回到 RUNNABLE 状态。

1. sleep 方法：是 Thread 类的静态方法，当前线程将睡眠 n 毫秒，线程进入阻塞状态。当睡眠时间到了，会解除阻塞，进行可运行状态，等待 CPU 的到来。睡眠不释放锁（如果有的话）；

2. wait 方法：是 Object 的方法，必须与 synchronized 关键字一起使用，线程进入阻塞状态，当 notify 或者 notifyall 被调用后，会解除阻塞。但是，只有重新占用互斥锁之后才会进入可运行状态。睡眠时，释放互斥锁。

2）synchronized 关键字：

答：底层实现：

1. 进入时，执行 monitorenter，将计数器 +1，释放锁 monitorexit 时，计数器-1；

2. 当一个线程判断到计数器为 0 时，则当前锁空闲，可以占用；反之，当前线程进入等待状态。

含义：（monitor 机制）

Synchronized 是在加锁，加对象锁。对象锁是一种重量锁（monitor），synchronized 的锁机制会根据线程竞争情况在运行时会有偏向锁（单一线程）、轻量锁（多个线程访问 synchronized 区域）、对象锁（重量锁，多个线程存在竞争的情况）、自旋锁等。

4）volatile 能使得一个非原子操作变成原子操作吗？

答：能。

一个典型的例子是在类中有一个 long 类型的成员变量。如果你知道该成员变量会被多个线程访问，如计数器、价格等，你最好是将其设置为 volatile。为什么？因为 Java 中读取 long 类型变量不是原子的，需要分成两步，如果一个线程正在修改该 long 变量的值，另一个线程可能只能看到该值的一半（前 32 位）。但是对一个 volatile 型的 long 或 double 变量的读写是原子。

volatile 修饰符的有过什么实践？

答：

1. 一种实践是用 volatile 修饰 long 和 double 变量，使其能按原子类型来读写。double 和 long 都是64位宽，因此对这两种类型的读是分为两部分的，第一次读取第一个 32 位，然后再读剩下的 32 位，这个过程不是原子的，但 Java 中 volatile 型的 long 或 double 变量的读写是原子的。

2. volatile 修复符的另一个作用是提供内存屏障（memory barrier），例如在分布式框架中的应用。简单的说，就是当你写一个 volatile 变量之前，Java 内存模型会插入一个写屏障（write barrier），读一个 volatile 变量之前，会插入一个读屏障（read barrier）。意思就是说，在你写一个 volatile 域时，能保证任何线程都能看到你写的值，同时，在写之前，也能保证任何数值的更新对所有线程是可见的，因为内存屏障会将其他所有写的值更新到缓存。