常识：进程、线程、运行时数据区、线程不安全（内存泄露、死锁、线程不安全）

1.进程和线程

　　进程是资源分配和程序运行的基本单位，线程是能够进行运算调度的最小单位。

　　一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

2.进程与线程的关系，区别及优缺点

　　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。

　　总结： 线程是进程划分成的更小的运行单位。线程和进程最大的不同在于基本上各进程是独立的，而各线程则不一定，因为同一进程中的线程极有可能会相互影响。线程执行开销小，但不利于资源的管理和保护；而进程正相反。

3.程序计数器为什么是私有的?

字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码的流程控制，如：顺序执行、选择、循环、异常处理。
在多线程的情况下，程序计数器用于记录当前线程执行的位置，从而当线程被切换回来的时候能够知道该线程上次运行到哪儿了。

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。

4.虚拟机栈和本地方法栈为什么是私有的?

虚拟机栈： 每个 Java 方法在执行的同时会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、常量池引用等信息。从方法调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在 Java 虚拟机栈中入栈和出栈的过程。
本地方法栈： 和虚拟机栈所发挥的作用非常相似，区别是： 虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。 在 HotSpot 虚拟机中和 Java 虚拟机栈合二为一。

所以，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。

5.一句话简单了解堆和方法区

　　堆和方法区是所有线程共享的资源，其中堆是进程中最大的一块内存，主要用于存放新创建的对象 (几乎所有对象都在这里分配内存)，方法区主要用于存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

6.并发和并行的区别：

　　并发：两个及两个以上的作业在同一 时间段 内执行。

　　并行：两个及两个以上的作业在同一时刻执行。

7.同步和异步的区别

　　同步：发出一个调用之后，在没有得到结果之前，该调用就不可以返回，一直等待。

　　异步：调用在发出之后，不用等待返回结果，该调用直接返回。

8.为什么要使用多线程

　　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。另外，多核 CPU 时代意味着多个线程可以同时运行，这减少了线程上下文切换的开销。
　　　　· 单核时代：在单核时代多线程主要是为了提高单进程利用 CPU 和 IO 系统的效率。假设只运行了一个 Java 进程的情况，当我们请求 IO 的时候，如果 Java 进程中只有一个线程，此线程被 IO 阻塞则整个进程被阻塞。CPU 和 IO 设备只有一个在运行，那么可以简单地说系统整体效率只有 50%。当使用多线程的时候，一个线程被 IO 阻塞，其他线程还可以继续使用 CPU。从而提高了 Java 进程利用系统资源的整体效率。
　　　　· 多核时代: 多核时代多线程主要是为了提高进程利用多核 CPU 的能力。举个例子：假如我们要计算一个复杂的任务，我们只用一个线程的话，不论系统有几个 CPU 核心，都只会有一个 CPU 核心被利用到。而创建多个线程，这些线程可以被映射到底层多个 CPU 上执行，在任务中的多个线程没有资源竞争的情况下，任务执行的效率会有显著性的提高，约等于（单核时执行时间/CPU 核心数）。
　　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。

9.使用多线程可能带来的问题

　　如果多线程对同一资源进行访问，会带来访问冲突的问题，还有线程不安全、死锁、内存泄漏。
· 内存泄漏：
　　在Java中，内存泄漏就是存在一些被分配的对象，这些对象不会被GC所回收，然而它却占用内存。
　　一般来说是长生命周期的对象持有短生命周期对象的引用就很可能发生内存泄露，尽管短生命周期对象已经不再需要，但是因为长生命周期对象持有它的引用导致不能被回收。
· 死锁：
　　线程死锁描述的是这样⼀种情况：多个线程同时被阻塞，它们中的⼀个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被⽆限期地阻塞，因此程序不可能正常终⽌。

#产生死锁的四个必要条件：
    ·互斥条件：该资源任意一个时刻只由一个线程占用。
    ·请求与保持条件：一个线程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
    ·不剥夺条件:线程已获得的资源在未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。
    ·循环等待条件:若干线程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

# 如何预防和避免线程死锁?
    破坏死锁的产生的必要条件即可：
    互斥条件无法破坏，多线程必须互斥访问临界资源。
    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。

如何避免死锁？
    避免死锁就是在资源分配时，借助于算法（比如银行家算法）对资源分配进行计算评估，使其进入安全状态。
    安全状态 指的是系统能够按照某种线程推进顺序（P1、P2、P3.....Pn）来为每个线程分配所需资源，直到满足每个线程对资源的最大需求，使每个线程都可顺利完成。称 <P1、P2、P3.....Pn> 序列为安全序列。

死锁示例：

public class Main {
    private static Object resource1 = new Object();//资源 1
    private static Object resource2 = new Object();//资源 2

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            synchronized (resource1) {//线程1获得resource1的监视器锁
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                try {
                    Thread.sleep(1000);//线程1休眠，此时线程2执行
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
                synchronized (resource2) {//想获取resource2
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                }
            }
        }, "线程 1").start();

        new Thread(() -> {
            synchronized (resource2) {//线程2获取到resource2的锁
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource1");
                synchronized (resource1) {//想获取resource1
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                }
            }
        }, "线程 2").start();
    }
}

对线程2修改：

new Thread(() -> {
            synchronized (resource1) {
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
                synchronized (resource2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                }
            }
        }, "线程 2").start();

　　线程 1 首先获得到 resource1 的监视器锁,这时候线程 2 就获取不到了。然后线程 1 再去获取 resource2 的监视器锁，可以获取到。然后线程 1 释放了对 resource1、resource2 的监视器锁的占用，线程 2 获取到就可以执行了。这样就破坏了破坏循环等待条件，因此避免了死锁。

10.线程的生命周期和状态

NEW: 初始状态，线程被创建出来但没有被调用 start() 。
RUNNABLE: 运行状态，线程被调用了 start()等待运行的状态。
BLOCKED ：阻塞状态，需要等待锁释放。
WAITING：等待状态，表示该线程需要等待其他线程做出一些特定动作（通知或中断）。
TIME_WAITING：超时等待状态，可以在指定的时间后自行返回而不是像 WAITING 那样一直等待。
TERMINATED：终止状态，表示该线程已经运行完毕。

　　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。

11.线程上下文切换

　　线程在执行过程中会有自己的运行条件和状态（也称上下文），比如上文所说到过的程序计数器，栈信息等。当出现如下情况的时候，线程会从占用 CPU 状态中退出。

主动让出 CPU，比如调用了 sleep(), wait() 等。
时间片用完，因为操作系统要防止一个线程或者进程长时间占用 CPU 导致其他线程或者进程饿死。
调用了阻塞类型的系统中断，比如请求 IO，线程被阻塞。
被终止或结束运行

　　这其中前三种都会发生线程切换，线程切换意味着需要保存当前线程的上下文，留待线程下次占用 CPU 的时候恢复现场。并加载下一个将要占用 CPU 的线程上下文。这就是所谓的 上下文切换。

　　上下文切换是现代操作系统的基本功能，因其每次需要保存信息恢复信息，这将会占用 CPU，内存等系统资源进行处理，也就意味着效率会有一定损耗，如果频繁切换就会造成整体效率低下。

12.sleep()和wait()对比

共同点：都可以让线程暂停执行

区别：sleep()方法没有释放锁，wait()方法释放了锁

　　　sleep()通常用于暂停执行，wait()用于线程间交互/通信

　　　sleep()执行完后，线程自动苏醒， wait()被调用后，线程不会自动苏醒，需要别的线程调用同一个对象上的notify()或者notifyAll()。

　　 sleep()是Thread类的静态本地方法，wait()则是Object类的本地方法。

13.可以直接调用 Thread 类的 run 方法吗？

　　调用 start() 方法方可启动线程并使线程进入就绪状态，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。直接执行 run() 方法的话不会以多线程的方式执行。

posted @ 2023-04-19 16:05 壹索007 阅读(92) 评论(0) 编辑收藏举报

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