Java多线程面试大全
什么是线程?
线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位,它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位,可以使用多线程对进行运算提速。
比如,如果一个线程完成一个任务要100毫秒,那么用十个线程完成改任务只需10毫秒
什么是多线程?优缺点?
什么是多线程?
多线程:是指从软件或者硬件上实现多个线程的并发技术。
多线程的好处:
- 使用多线程可以把程序中占据时间长的任务放到后台去处理,如图片、视屏的下载
- 发挥多核处理器的优势,并发执行让系统运行的更快、更流畅,用户体验更好
多线程的缺点:
- 大量的线程降低代码的可读性;
- 更多的线程需要更多的内存空间
- 当多个线程对同一个资源出现争夺时候要注意线程安全的问题。
线程的五个状态(五种状态,创建、就绪、运行、阻塞和死亡)?
线程通常都有五种状态,创建、就绪、运行、阻塞和死亡。
- 第一是创建状态。在生成线程对象,并没有调用该对象的start方法,这是线程处于创建状态。
- 第二是就绪状态。当调用了线程对象的start方法之后,该线程就进入了就绪状态,但是此时线程调度程序还没有把该线程设置为当前线程,此时处于就绪状态。在线程运行之后,从等待或者睡眠中回来之后,也会处于就绪状态。
- 第三是运行状态。线程调度程序将处于就绪状态的线程设置为当前线程,此时线程就进入了运行状态,开始运行run函数当中的代码。
- 第四是阻塞状态。线程正在运行的时候,被暂停,通常是为了等待某个时间的发生(比如说某项资源就绪)之后再继续运行。sleep,suspend,wait等方法都可以导致线程阻塞。
- 第五是死亡状态。如果一个线程的run方法执行结束或者调用stop方法后,该线程就会死亡。对于已经死亡的线程,无法再使用start方法令其进入就绪
什么是CAS?
CAS(compare and swap)的缩写,中文翻译成比较并交换。
CAS 不通过JVM,直接利用java本地方 JNI(Java Native Interface为JAVA本地调用),直接调用CPU 的cmpxchg(是汇编指令)指令。
利用CPU的CAS指令,同时借助JNI来完成Java的非阻塞算法,实现原子操作。其它原子操作都是利用类似的特性完成的。
整个java.util.concurrent都是建立在CAS之上的,因此对于synchronized阻塞算法,J.U.C在性能上有了很大的提升。
CAS是项乐观锁技术,当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时,只有其中一个线程能更新变量的值,而其它线程都失败,失败的线程并不会被挂起,而是被告知这次竞争中失败,并可以再次尝试。
CAS应用
CAS有3个操作数,内存值V,旧的预期值A,要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时,将内存值V修改为B,否则什么都不做。
CAS优点
确保对内存的读-改-写操作都是原子操作执行
CAS缺点
CAS虽然很高效的解决原子操作,但是CAS仍然存在三大问题。ABA问题,循环时间长开销大和只能保证一个共享变量的原子操作
什么是AQS?
AbstractQueuedSynchronizer简称AQS,是一个用于构建锁和同步容器的框架。事实上concurrent包内许多类都是基于AQS构建,例如ReentrantLock,Semaphore,CountDownLatch,ReentrantReadWriteLock,FutureTask等。AQS解决了在实现同步容器时设计的大量细节问题。
AQS使用一个FIFO的队列表示排队等待锁的线程,队列头节点称作“哨兵节点”或者“哑节点”,它不与任何线程关联。其他的节点与等待线程关联,每个节点维护一个等待状态waitStatus。
什么是乐观锁和悲观锁?
悲观锁
Java在JDK1.5之前都是靠synchronized关键字保证同步的,这种通过使用一致的锁定协议来协调对共享状态的访问,可以确保无论哪个线程持有共享变量的锁,都采用独占的方式来访问这些变量。独占锁其实就是一种悲观锁,所以可以说synchronized是悲观锁。
乐观锁
乐观锁( Optimistic Locking)其实是一种思想。相对悲观锁而言,乐观锁假设认为数据一般情况下不会造成冲突,所以在数据进行提交更新的时候,才会正式对数据的冲突与否进行检测,如果发现冲突了,则让返回用户错误的信息,让用户决定如何去做。
并发编程(concurrency)并行编程(parallellism)有什么区别?
并发(concurrency)和并行(parallellism)是:
- 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:在一台处理器上“同时”处理多个任务,在多台处理器上同时处理多个任务。如hadoop分布式集群
所以并发编程的目标是充分的利用处理器的每一个核,以达到最高的处理性能。
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怎么唤醒一个阻塞的线程?
如果线程是因为调用了wait()、sleep()或者join()方法而导致的阻塞,可以中断线程,并且通过抛出InterruptedException来唤醒它;如果线程遇到了IO阻塞,无能为力,因为IO是操作系统实现的,Java代码并没有办法直接接触到操作系统。
如何检测死锁?怎么预防死锁?
所谓死锁:是指两个或两个以上的进程在执行过程中,因争夺资源而造成的一种互相等待的现象,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
通俗地讲就是两个或多个进程被无限期地阻塞、相互等待的一种状态
死锁产生的原因?
1.因竞争资源发生死锁 现象:系统中供多个进程共享的资源的数目不足以满足全部进程的需要时,就会引起对诸资源的竞争而发生死锁现象
2.进程推进顺序不当发生死锁
死锁的四个必要条件:
- 互斥条件:进程对所分配到的资源不允许其他进程进行访问,若其他进程访问该资源,只能等待,直至占有该资源的进程使用完成后释放该资源
- 请求和保持条件:进程获得一定的资源之后,又对其他资源发出请求,但是该资源可能被其他进程占有,此事请求阻塞,但又对自己获得的资源保持不放
- 不可剥夺条件:是指进程已获得的资源,在未完成使用之前,不可被剥夺,只能在使用完后自己释放
- 环路等待条件:是指进程发生死锁后,若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系
这四个条件是死锁的必要条件,只要系统发生死锁,这些条件必然成立,而只要上述条件之
一不满足,就不会发生死锁。
检测死锁
有两个容器,一个用于保存线程正在请求的锁,一个用于保存线程已经持有的锁。每次加锁之前都会做如下检测:
- 检测当前正在请求的锁是否已经被其它线程持有,如果有,则把那些线程找出来
- 遍历第一步中返回的线程,检查自己持有的锁是否正被其中任何一个线程请求,如果第二步返回真,表示出现了死锁
死锁的解除与预防:
理解了死锁的原因,尤其是产生死锁的四个必要条件,就可以最大可能地避免、预防和解除死锁。
所以,在系统设计、进程调度等方面注意如何不让这四个必要条件成立,如何确定资源的合理分配算法,避免进程永久占据系统资源。
此外,也要防止进程在处于等待状态的情况下占用资源。因此,对资源的分配要给予合理的规划。
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