线程和进程

线程和进程

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1. 线程和进程的概念，并行和并发的概念
   1、 进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体；在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。
   2、线程，有时被称为轻量级进程（Lightweight Process,LWP），是程序执行流的最小单元。线程是程序中一个单一的顺序控制流程。进程内一个相对独立、可调度的执行单元，是系统独立调度和分派CPU的基本单位，也指运行中的程序的调度单位。在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作，称为多线程。
   1、并发（concurrency）：指在同一时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速的轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果，但在微观上并不是同时执行的，只是把时间分成若干端，使多个进程快速交替的执行。
   2、并行（parallellism）:指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行

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1. 创建线程的方式及实现

   Java使用Thread类代表线程，所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。
   Java可以用三种方式来创建线程，如下所示：
   1）继承Thread类创建线程
   2）实现Runnable接口创建线程
   3）使用Callable和Future创建线程
   

   通过继承Thread类来创建并启动线程：

   1.定义Thread类的子类，并重写该类的run()方法，该方法的方法体就是该线程需要完成的任务。
   2.创建Thread类的实例，也就是创建线程对象。
   3.启动线程，调用线程的start方法。
   public class MyThread extends Thread{
    public void run(){
        //重写run()方法
    }
   }
   public class Main{
    public static void main(String[] args){
        new MyThread().start();//创建并启动线程
    }
   }
   

   通过实现Runnable接口创建并启动线程一般步骤如下：

   1.定义Runnable接口的实现类，也要重写run()方法
   2.创建实现类的实例，并用这个实例作为Thread的参数来创建Thread对象，这个Thread对象才是真正的线程对象。
   3.调用线程对象的start()方法
   public MyThread2 implements Runable{
    public void run(){
        //重写run()方法
    }
   }
   public Class Main(){
    public static void mian(String[] args){
        MyThread2 myThread = new MyThread2();
        Thread thread = new Thread(myThread);
        thread().start();
        //或者 new Thread(new MyThread2()).start()；
    }
   }
   

   使用Callable和Future创建线程。Callable接口提供了一个call()方法作为线程的执行体。call方法比run方法的功能要强大。
   使用案例

   》call()方法可以有返回值
   》call()方法可以声明抛出异常
   Java5提供了Future接口来代表Callable接口里call()方法的返回值，
   并且为Future接口提供了一个实现类FutureTask，这个实现类既实现了Future接口，
   还实现了Runnable接口，因此可以作为Thread类的target。
   在Future接口里定义了几个公共方法来控制它关联的Callable任务。
   >boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)：视图取消该Future里面关联的Callable任务
   >V get()：返回Callable里call（）方法的返回值，调用这个方法会导致程序阻塞，必须等到子线程结束后才会得到返回值
   >V get(long timeout,TimeUnit unit)：返回Callable里call（）方法的返回值，最多阻塞timeout时间，经过指定时间没有返回抛出TimeoutException
   >boolean isDone()：若Callable任务完成，返回True
   >boolean isCancelled()：如果在Callable任务正常完成前被取消，返回True
   

   创建并启动有返回值的线程的步骤如下：

   1】创建Callable接口的实现类，并实现call()方法，然后创建该实现类的实例（从java8开始可以直接使用Lambda表达式创建Callable对象）。
   2】使用FutureTask类来包装Callable对象，该FutureTask对象封装了Callable对象的call()方法的返回值
   3】使用FutureTask对象作为Thread对象的target创建并启动线程（因为FutureTask实现了Runnable接口）
   4】调用FutureTask对象的get()方法来获得子线程执行结束后的返回值
   public class Main{
    public static void main(String[] args){
        MyThread3 th = new MyThread3();
        //使用Lambda表达式来创建Callable对象
        //使用FutureTask类来包装Callable对象
        FutureTask<Integer> future = new FutureTask<Integer>(
            (Callable<Integer>()->{
                return 5;
            })
        );
   
        new Thread(future,"有返回值的线程").start();
        try{
            System.out.println("子线程的返回值："future.get());
            //get()方法会阻塞，直到子线程执行结束才返回
        }catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
   }
   

   参考链接

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1. 进程间的通信方式
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   常见的通信方式：
2. 管道pipe：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。
3. 命名管道FIFO：有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。
4. 消息队列MessageQueue：消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
5. 共享存储SharedMemory：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号两，配合使用，来实现进程间的同步和通信。
6. 信号量Semaphore：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
7. 套接字Socket：套解口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同及其间的进程通信。
8. 信号 ( sinal ) ： 信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。
   ```

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1. 说说CountDownLatch,CyclicBarrier原理和区别
   CountDownLatch是一个同步的辅助类，允许一个或多个线程，等待其他一组线程完成操作，再继续执行。
   CyclicBarrier是一个同步的辅助类，允许一组线程相互之间等待，达到一个共同点，再继续执行。
   原理参考链接
   代码参考

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1. 说说Semaphore原理
   信号量是一个非负整数，表示了当前公共资源的可用数目（在上面的例子中可以用空闲的停车位类比信号量），当一个线程要使用公共资源时（在上面的例子中可以用车辆类比线程），首先要查看信号量，如果信号量的值大于1，则将其减1，然后去占有公共资源。如果信号量的值为0，则线程会将自己阻塞，直到有其它线程释放公共资源。
   在Java的并发包中，Semaphore类表示信号量。
   源码分析

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1. 说说Exchanger原理
   Exchanger（交换者）是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点两个线程可以交换彼此的数据。这两个线程通过exchange方法交换数据， 如果第一个线程先执行exchange方法，它会 一直等待第二个线程也执行exchange，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方。因此使用Exchanger的重点是成对的线程使用exchange()方法，当有一对线程达到了同步点，就会进行交换数据。因此该工具类的线程对象是成对的。
   Exchanger类提供了两个方法，String exchange(V x):用于交换，启动交换并等待另一个线程调用exchange；String exchange(V x,long timeout,TimeUnit unit)：用于交换，启动交换并等待另一个线程调用exchange，并且设置最大等待时间，当等待时间超过timeout便停止等待。
   参考链接

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1. ThreadLocal原理分析，ThreadLocal为什么会出现OOM，出现的深层次原理
   原理

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8.讲讲线程池的实现原理
线程是稀缺资源，如果被无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，合理的使用线程池对线程进行统一分配、调优和监控，有以下好处：
1、降低资源消耗；
2、提高响应速度；
3、提高线程的可管理性。
Java1.5中引入的Executor框架把任务的提交和执行进行解耦，只需要定义好任务，然后提交给线程池，而不用关心该任务是如何执行、被哪个线程执行，以及什么时候执行。

参考链接

1. 线程池的几种实现方式

   Java通过Executors提供四种线程池，分别为：
   newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
   newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
   newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
   newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。
   

   参考链接

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10.线程的生命周期，状态是如何转移的

参考链接

参考：java多线程编程核心技术

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