多线程常见面试题总结

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永不秃顶的天雁 2021-08-31 16:02:03 ©著作权

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1.线程和进程

线程　

　这里所说的线程指程序执行过程中的一个线程实体。JVM 允许一个应用并发执行多个线程。Hotspot JVM 中的 Java 线程与原生操作系统线程有直接的映射关系。当线程本地存储、缓冲区分配、同步对象、栈、程序计数器等准备好以后，就会创建一个操作系统原生线程。Java 线程结束，原生线程随之被回收。操作系统负责调度所有线程，并把它们分配到任何可用的 CPU 上。当原生线程初始化完毕，就会调用 Java 线程的 run() 方法。当线程结束时，会释放原生线程和 Java 线程的所有资源。

进程

　　进程是可并发执行的程序在某个数据集合上的一次计算活动，也是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。

进程与程序的联系与区别

① 程序是指令的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念。而进程是程序在处理机上的一次执行过程，它是一个动态的概念。

② 程序可以作为一种软件资料长期存在，而进程是有一定生命期的。程序是永久的，进程是暂时的。

注：程序可看作一个菜谱，而进程则是按照菜谱进行烹调的过程。

③ 进程和程序组成不同：进程是由程序、数据和进程控制块三部分组成的。

④ 进程与程序的对应关系：通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可包括多个程序。

2.并发和并行之间的区别

解释一：并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生；而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔发生。
解释二：并行是在不同实体上的多个事件，并发是在同一实体上的多个事件。
解释三：并行是在一台处理器上“同时”处理多个任务，并发是在多台处理器上同时处理多个任务。如 hadoop 分布式集群。

3.线程的创建方式

继承 Thread 类

　　Thread 类本质上是实现了 Runnable 接口的一个实例，代表一个线程的实例。启动线程的唯一方法就是通过 Thread 类的 start()实例方法。start()方法是一个 native 方法，它将启动一个新线程，并执行 run()方法。

实现 Runnable 接口。

　　如果自己的类已经 extends 另一个类，就无法直接 extends Thread，此时，可以实现一个Runnable 接口

ExecutorService、Callable<Class>、Future 有返回值线程

　　有返回值的任务必须实现 Callable 接口，类似的，无返回值的任务必须 Runnable 接口。执行Callable 任务后，可以获取一个 Future 的对象，在该对象上调用 get 就可以获取到 Callable 任务返回的 Object 了，再结合线程池接口 ExecutorService 就可以实现传说中有返回结果的多线程了。

基于线程池的方式

　　线程和数据库连接这些资源都是非常宝贵的资源。那么每次需要的时候创建，不需要的时候销毁，是非常浪费资源的。那么我们就可以使用缓存的策略，也就是使用线程池。

4.线程池创建的方式

newCachedThreadPool

　　创建一个可根据需要创建新线程的线程池，但是在以前构造的线程可用时将重用它们。对于执行很多短期异步任务的程序而言，这些线程池通常可提高程序性能。调用 execute 将重用以前构造的线程（如果线程可用）。如果现有线程没有可用的，则创建一个新线程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。因此，长时间保持空闲的线程池不会使用任何资源。

newFixedThreadPool

　　创建一个可重用固定线程数的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程。在任意点，在大多数 nThreads 线程会处于处理任务的活动状态。如果在所有线程处于活动状态时提交附加任务，则在有可用线程之前，附加任务将在队列中等待。如果在关闭前的执行期间由于失败而导致任何线程终止，那么一个新线程将代替它执行后续的任务（如果需要）。在某个线程被显式地关闭之前，池中的线程将一直存在。

newScheduledThreadPool

　　创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。

ScheduledExecutorService scheduledThreadPool= Executors.newScheduledThreadPool(3); 
 scheduledThreadPool.schedule(newRunnable(){ 
 @Override 
 public void run() {
 System.out.println("延迟三秒");
 }
 }, 3, TimeUnit.SECONDS);
scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(newRunnable(){ 
 @Override 
 public void run() {
 System.out.println("延迟 1 秒后每三秒执行一次");
 }
 },1,3,TimeUnit.SECONDS);

newSingleThreadExecutor

　　Executors.newSingleThreadExecutor()返回一个线程池（这个线程池只有一个线程）,这个线程池可以在线程死后（或发生异常时）重新启动一个线程来替代原来的线程继续执行下去！

5.线程生命周期(状态)

　　当线程被创建并启动以后，它既不是一启动就进入了执行状态，也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中，它要经过新建(New)、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞(Blocked)和死亡(Dead)5 种状态。尤其是当线程启动以后，它不可能一直"霸占"着 CPU 独自运行，所以 CPU 需要在多条线程之间切换，于是线程状态也会多次在运行、阻塞之间切换

新建状态（NEW）

　　当程序使用 new 关键字创建了一个线程之后，该线程就处于新建状态，此时仅由 JVM 为其分配内存，并初始化其成员变量的值

就绪状态（RUNNABLE）

　　当线程对象调用了 start()方法之后，该线程处于就绪状态。Java 虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器，等待调度运行

运行状态（RUNNING）：

　　如果处于就绪状态的线程获得了 CPU，开始执行 run()方法的线程执行体，则该线程处于运行状态

阻塞状态（BLOCKED）：

　　阻塞状态是指线程因为某种原因放弃了 cpu 使用权，也即让出了 cpu timeslice，暂时停止运行。直到线程进入可运行(runnable)状态，才有机会再次获得 cpu timeslice 转到运行(running)状

态。阻塞的情况分三种：

　　等待阻塞（o.wait->等待对列）：

　　　　运行(running)的线程执行 o.wait()方法，JVM 会把该线程放入等待队列(waitting queue)中。

　　同步阻塞(lock->锁池)

　　　　运行(running)的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则 JVM 会把该线程放入锁池(lock pool)中。

　　其他阻塞(sleep/join)

　　　　运行(running)的线程执行 Thread.sleep(long ms)或 t.join()方法，或者发出了 I/O 请求时，JVM 会把该线程置为阻塞状态。当 sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者 I/O

　　　　处理完毕时，线程重新转入可运行(runnable)状态。

线程死亡（DEAD）

线程会以下面三种方式结束，结束后就是死亡状态。

正常结束

1. run()或 call()方法执行完成，线程正常结束。

异常结束

2. 线程抛出一个未捕获的 Exception 或 Error。

调用 stop

3. 直接调用该线程的 stop()方法来结束该线程—该方法通常容易导致死锁，不推荐使用。

6.sleep 与 wait 区别

1. 对于 sleep()方法，我们首先要知道该方法是属于 Thread 类中的。而 wait()方法，则是属于Object 类中的。

2. sleep()方法导致了程序暂停执行指定的时间，让出 cpu 该其他线程，但是他的监控状态依然保持者，当指定的时间到了又会自动恢复运行状态。

3. 在调用 sleep()方法的过程中，线程不会释放对象锁。

4. 而当调用 wait()方法的时候，线程会放弃对象锁，进入等待此对象的等待锁定池，只有针对此对象调用 notify()方法后本线程才进入对象锁定池准备获取对象锁进入运行状态

7.start 与 run 区别

1. start（）方法来启动线程，真正实现了多线程运行。这时无需等待 run 方法体代码执行完毕，可以直接继续执行下面的代码。

2. 通过调用 Thread 类的 start()方法来启动一个线程，这时此线程是处于就绪状态，并没有运行。

3. 方法 run()称为线程体，它包含了要执行的这个线程的内容，线程就进入了运行状态，开始运行 run 函数当中的代码。 Run 方法运行结束，此线程终止。然后 CPU 再调度其它线程。

8.volatile 关键字的作用（变量可见性、禁止重排序）

　　Java 语言提供了一种稍弱的同步机制，即 volatile 变量，用来确保将变量的更新操作通知到其他线程。volatile 变量具备两种特性，volatile 变量不会被缓存在寄存器或者对其他处理器不可见的地方，因此在读取 volatile 类型的变量时总会返回最新写入的值。

变量可见性

　　其一是保证该变量对所有线程可见，这里的可见性指的是当一个线程修改了变量的值，那么新的值对于其他线程是可以立即获取的。

禁止重排序

　　volatile 禁止了指令重排。比 sychronized 更轻量级的同步锁在访问 volatile 变量时不会执行加锁操作，因此也就不会使执行线程阻塞，因此 volatile 变量是一种比 sychronized 关键字更轻量级的同步机制。volatile 适合这种场景：一个变量被多个线程共享，线程直接给这个变量赋值。

　　当对非 volatile 变量进行读写的时候，每个线程先从内存拷贝变量到 CPU 缓存中。如果计算机有多个 CPU，每个线程可能在不同的 CPU 上被处理，这意味着每个线程可以拷贝到不同的 CPUcache 中。而声明变量是 volatile 的，JVM 保证了每次读变量都从内存中读，跳过 CPU cache这一步。

适用场景

　　值得说明的是对 volatile 变量的单次读/写操作可以保证原子性的，如 long 和 double 类型变量，但是并不能保证 i++这种操作的原子性，因为本质上 i++是读、写两次操作。在某些场景下可以代替 Synchronized。但是,volatile 的不能完全取代 Synchronized 的位置，只有在一些特殊的场景下，才能适用 volatile。总的来说，必须同时满足下面两个条件才能保证在并发环境的线程安全：

（1）对变量的写操作不依赖于当前值（比如 i++），或者说是单纯的变量赋值（booleanflag = true）。

（2）该变量没有包含在具有其他变量的不变式中，也就是说，不同的 volatile 变量之间，不能互相依赖。只有在状态真正独立于程序内其他内容时才能使用 volatile。

9.先行发生原则

1、程序次序规则。在一个线程内，书写在前面的代码先行发生于后面的。确切地说应该是，按照程序的控制流顺序，因为存在一些分支结构。

2、Volatile变量规则。对一个volatile修饰的变量，对他的写操作先行发生于读操作。

3、线程启动规则。Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作。

4、线程终止规则。线程的所有操作都先行发生于对此线程的终止检测。

5、线程中断规则。对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码所检测到的中断事件。

6、对象终止规则。一个对象的初始化完成（构造函数之行结束）先行发生于发的finilize()方法的开始。

7、传递性。A先行发生B，B先行发生C，那么，A先行发生C。

8、管程锁定规则。一个unlock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作。

13.synchronized和ReentrantLock区别是什么？

synchronized 竞争锁时会一直等待；ReentrantLock 可以尝试获取锁，并得到获取结果
synchronized 获取锁无法设置超时；ReentrantLock 可以设置获取锁的超时时间
synchronized 无法实现公平锁；ReentrantLock 可以满足公平锁，即先等待先获取到锁
synchronized 控制等待和唤醒需要结合加锁对象的 wait() 和 notify()、notifyAll()；ReentrantLock 控制等待和唤醒需要结合 Condition 的 await() 和 signal()、signalAll() 方法
synchronized 是 JVM 层面实现的；ReentrantLock 是 JDK 代码层面实现
synchronized 在加锁代码块执行完或者出现异常，自动释放锁；ReentrantLock 不会自动释放锁，需要在 finally{} 代码块显示释放