java多线程面试

目录

• java多线程面试
  • 一、线程和进程的区别？
  • 二、创建线程有哪几种方式
  • 三、说一下 runnable 和 callable 有什么区别
  • 四、线程有哪些状态
  • 五、sleep() 和 wait() 有什么区别
  • 六、创建线程池有哪几种方式
  • 七、怎么保证多线程的运行安全【并发编程三要素】
  • 八、多线程锁的升级原理是什么
  • 九、死锁是什么？怎么防止死锁
    • 死锁的四个必要条件：
  • 十、ThreadLocal是什么？有哪些使用场景
  • 十一、说一下 synchronized底层实现原理
  • 十二、synchronized和volatile的区别是什么
  • 十三、synchronized 和 Lock 有什么区别
  • 十四、synchronized和ReentrantLock区别是什么
    • ReentrantLock扩展性体现在几点上：
  • 十五、synchronized和Lock底层实现
  • 十六、在多线程中，什么是上下文切换

java多线程面试

一、线程和进程的区别？

• 进程是程序运行和资源分配的基本单位，一个程序至少有一个进程，一个进程至少有一个线程。
• 进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存资源，减少切换次数，从而效率更高。
• 线程是进程的一个实体，是cpu调度和分派的基本单位，是比程序更小的能独立运行的基本单位。同一进程中的多个线程之间可以并发执行。

二、创建线程有哪几种方式

①. 继承Thread类
②. 实现Runnable接口
③. 通过Callable和Future创建线程
④. 通过线程池创建线程；

三、说一下 runnable 和 callable 有什么区别

• Runnable接口中的run()方法的返回值是void
• Callable接口中的call()方法是有返回值的，是一个泛型，和Future、FutureTask配合可以用来获取异步执行的结果。

四、线程有哪些状态

• 创建状态。
• 就绪状态。
• 运行状态。
• 阻塞状态。
• 死亡状态。

五、sleep() 和 wait() 有什么区别

1. sleep()方法是Thread类的静态方法，是线程用来控制自身流程的。而wait()方法是Object类的方法，用于线程间的通信。

1. 调用wait()的时候方法会释放当前持有的锁，而sleep方法不会释放锁。

1. ① 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。
   ② 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

六、创建线程池有哪几种方式

• ①. newFixedThreadPool(int nThreads)
  创建一个固定长度的线程池，每当提交一个任务就创建一个线程，直到达到线程池的最大数量，这时线程规模将不再变化，当线程发生未预期的错误而结束时，线程池会补充一个新的线程。
• ②. newCachedThreadPool()
  创建一个可缓存的线程池，如果线程池的规模超过了处理需求，将自动回收空闲线程，而当需求增加时，则可以自动添加新线程，线程池的规模不存在任何限制。
• ③. newSingleThreadExecutor()
  这是一个单线程的Executor，它创建单个工作线程来执行任务，如果这个线程异常结束，会创建一个新的来替代它；它的特点是能确保依照任务在队列中的顺序来串行执行。
• ④. newScheduledThreadPool(intcorePoolSize)
  创建了一个固定长度的线程池，而且以延迟或定时的方式来执行任务，类似于Timer。

七、怎么保证多线程的运行安全【并发编程三要素】

• 原子性：提供互斥访问，同一时刻只能有一个线程对数据进行操作，（atomic,synchronized）；
• 可见性：一个线程对主内存的修改可以及时地被其他线程看到，（synchronized,volatile）；
• 有序性：一个线程观察其他线程中的指令执行顺序，由于指令重排序，该观察结果一般杂乱无序，（happens-before原则）。

八、多线程锁的升级原理是什么

• 在Java中，锁共有4种状态，级别从低到高依次为：无状态锁，偏向锁，轻量级锁和重量级锁状态，这几个状态会随着竞争情况逐渐升级。锁可以升级但不能降级。

1. 无锁：没有对资源进行锁定，所有的线程都能访问并修改同一个资源，但同时只有一个线程能修改成功，其他修改失败的线程会不断重试直到修改成功。
2. 偏向锁：对象的代码一直被同一线程执行，不存在多个线程竞争，该线程在后续的执行中自动获取锁，降低获取锁带来的性能开销。偏向锁，指的就是偏向第一个加锁线程，该线程是不会主动释放偏向锁的，只有当其他线程尝试竞争偏向锁才会被释放。偏向锁的撤销，需要在某个时间点上没有字节码正在执行时，先暂停拥有偏向锁的线程，然后判断锁对象是否处于被锁定状态。如果线程不处于活动状态，则将对象头设置成无锁状态，并撤销偏向锁；如果线程处于活动状态，升级为轻量级锁的状态。
3. 轻量级锁：轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，被第二个线程B所访问，此时偏向锁就会升级为轻量级锁，线程B会通过自旋的形式尝试获取锁，线程不会阻塞，从而提高性能。当前只有一个等待线程，则该线程将通过自旋进行等待。但是当自旋超过一定的次数时，轻量级锁便会升级为重量级锁；当一个线程已持有锁，另一个线程在自旋，而此时又有第三个线程来访时，轻量级锁也会升级为重量级锁。
4. 重量级锁：指当有一个线程获取锁之后，其余所有等待获取该锁的线程都会处于阻塞状态。重量级锁通过对象内部的监视器（monitor）实现，而其中 monitor 的本质是依赖于底层操作系统的 Mutex Lock 实现，操作系统实现线程之间的切换需要从用户态切换到内核态，切换成本非常高。

九、死锁是什么？怎么防止死锁

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。

死锁的四个必要条件：

• 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用
• 请求和保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放
• 不可剥夺条件：进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺
• 环路等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系

• 避免死锁最简单的方法就是阻止循环等待条件，将系统中所有的资源设置标志位、排序，规定所有的进程申请资源必须以一定的顺序（升序或降序）做操作来避免死锁。

十、ThreadLocal是什么？有哪些使用场景

• 线程局部变量是局限于线程内部的变量，属于线程自身所有，不在多个线程间共享。

Java提供ThreadLocal类来支持线程局部变量，是一种实现线程安全的方式。

从名字我们就可以看到ThreadLocal叫做线程变量，意思是ThreadLocal中填充的变量属于当前线程，该变量对其他线程而言是隔离的。ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本，那么每个线程可以访问自己内部的副本变量。

使用完ThreadLocal后，执行remove操作，避免出现内存溢出情况。

十一、说一下 synchronized底层实现原理

• synchronized可以保证方法或者代码块在运行时，同一时刻只有一个方法可以进入到临界区，同时它还可以保证共享变量的内存可见性。
• Java中每一个对象都可以作为锁，这是synchronized实现同步的基础：

• 普通同步方法，锁是当前实例对象
• 静态同步方法，锁是当前类的class对象
• 同步方法块，锁是括号里面的对象

十二、synchronized和volatile的区别是什么

• volatile本质是在告诉jvm当前变量在寄存器（工作内存）中的值是不确定的，需要从主存中读取； synchronized则是锁定当前变量，只有当前线程可以访问该变量，其他线程被阻塞住。
• volatile仅能使用在变量级别；synchronized则可以使用在变量、方法、和类级别的。
• volatile仅能实现变量的修改可见性，不能保证原子性；而synchronized则可以保证变量的修改可见性和原子性。
• volatile不会造成线程的阻塞；synchronized可能会造成线程的阻塞。
• volatile标记的变量不会被编译器优化；synchronized标记的变量可以被编译器优化。

十三、synchronized 和 Lock 有什么区别

• ① synchronized是java内置关键字，在jvm层面，Lock是个java接口；
• ② synchronized无法判断是否获取锁的状态，Lock可以判断是否获取到锁；
• ③ synchronized会自动释放锁,Lock需在finally中手工释放锁（unlock()方法释放锁）
• ④ synchronized线程A占用锁后，线程B会一直等待；而Lock锁就不一定会等待下去，如果尝试获取不到锁，线程可以不用一直等待就结束了。
• ⑤ synchronized的锁可重入、不可中断、非公平，而Lock锁可重入、可判断、可公平（两者皆可）；
• ⑥ Lock锁适合大量同步的代码的同步问题，synchronized锁适合代码少量的同步问题。

十四、synchronized和ReentrantLock区别是什么

1. synchronized是关键字，ReentrantLock是类，这是二者的本质区别。
2. ReentrantLock是类，那么它就提供了比synchronized更多更灵活的特性，可以被继承、可以有方法、可以有各种各样的类变量

ReentrantLock扩展性体现在几点上：

• ReentrantLock可以对获取锁的等待时间进行设置，这样就避免了死锁
• ReentrantLock可以获取各种锁的信息
• ReentrantLock可以灵活地实现多路通知

1. 二者的锁机制其实也是不一样的:ReentrantLock底层调用的是Unsafe的park方法加锁，synchronized操作的应该是对象头中mark word。

十五、synchronized和Lock底层实现

• synchronized用的锁是存在java对象里的，通过对代码反编译，可以看出被synchronized修饰的代码块，在执行之前先使用monitorenter指令加锁，然后在执行结束之后再使用monitorexit指令释放锁资源，在整个执行期间此代码都是锁定的状态，这就是典型悲观锁的实现流程。
• lock锁使用的是CAS和volatile来实现同步的，CAS使用硬件命令实现缓存一致性保证了原子性，volatile保证了可见性，多线程环境下所有的线程通过CAS进行竞争资源，只能有一个成功，其它的都会自旋。

十六、在多线程中，什么是上下文切换

• 上下文切换是存储和恢复CPU状态的过程，它使得线程执行能够从中断点恢复执行。是多任务操作系统和多线程环境的基本特征。