Java并发编程75个问答

Java并发编程75个问答

 

1、在java中守护线程和本地线程区别？

java中的线程分为两种：守护线程（Daemon）和用户线程（User）。

任何线程都可以设置为守护线程和用户线程，通过方法Thread.setDaemon(bool on)；true则把该线程设置为守护线程，反之则为用户线程。Thread.setDaemon()必须在Thread.start()之前调用，否则运行时会抛出异常。

两者的区别： 
唯一的区别是判断虚拟机(JVM)何时离开，Daemon是为其他线程提供服务，如果全部的User Thread已经撤离，Daemon 没有可服务的线程，JVM撤离。也可以理解为守护线程是JVM自动创建的线程（但不一定），用户线程是程序创建的线程；比如JVM的垃圾回收线程是一个守护线程，当所有线程已经撤离，不再产生垃圾，守护线程自然就没事可干了，当垃圾回收线程是Java虚拟机上仅剩的线程时，Java虚拟机会自动离开。

扩展：Thread Dump打印出来的线程信息，含有daemon字样的线程即为守护进程，可能会有：服务守护进程、编译守护进程、windows下的监听Ctrl+break的守护进程、Finalizer守护进程、引用处理守护进程、GC守护进程。

2、线程与进程的区别？

进程是操作系统分配资源的最小单元，线程是操作系统调度的最小单元。

一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程。

3、什么是多线程中的上下文切换？

多线程会共同使用一组计算机上的CPU，而线程数大于给程序分配的CPU数量时，为了让各个线程都有执行的机会，就需要轮转使用CPU。不同的线程切换使用CPU发生的切换数据等就是上下文切换。

4、死锁与活锁的区别，死锁与饥饿的区别？

死锁：是指两个或两个以上的进程（或线程）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。 
产生死锁的必要条件： 
1. 互斥条件：所谓互斥就是进程在某一时间内独占资源。 
2. 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。 
3. 不剥夺条件:进程已获得资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。 
4. 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

活锁：任务或者执行者没有被阻塞，由于某些条件没有满足，导致一直重复尝试，失败，尝试，失败。

活锁和死锁的区别在于，处于活锁的实体是在不断的改变状态，所谓的“活”， 而处于死锁的实体表现为等待；活锁有可能自行解开，死锁则不能。

饥饿：一个或者多个线程因为种种原因无法获得所需要的资源，导致一直无法执行的状态。 
Java中导致饥饿的原因： 
- 高优先级线程吞噬所有的低优先级线程的CPU时间。 
- 线程被永久堵塞在一个等待进入同步块的状态，因为其他线程总是能在它之前持续地对该同步块进行访问。 
- 线程在等待一个本身也处于永久等待完成的对象(比如调用这个对象的wait方法)，因为其他线程总是被持续地获得唤醒。 

5、Java中用到的线程调度算法是什么？

采用时间片轮转的方式。可以设置线程的优先级，会映射到下层的系统上面的优先级上，如非特别需要，尽量不要用，防止线程饥饿。

6、什么是线程组，为什么在Java中不推荐使用？

ThreadGroup类，可以把线程归属到某一个线程组中，线程组中可以有线程对象，也可以有线程组，组中还可以有线程，这样的组织结构有点类似于树的形式。

为什么不推荐使用？因为使用有很多的安全隐患吧，没有具体追究，如果需要使用，推荐使用线程池。

7、为什么使用Executor框架？

1. 每次执行任务创建线程 new Thread()比较消耗性能，创建一个线程是比较耗时、耗资源的。
2. 调用 new Thread()创建的线程缺乏管理，被称为野线程，而且可以无限制的创建，线程之间的相互竞争会导致过多占用系统资源而导致系统瘫痪，还有线程之间的频繁交替也会消耗很多系统资源。
3. 接使用new Thread() 启动的线程不利于扩展，比如定时执行、定期执行、定时定期执行、线程中断等都不便实现。

8、在Java中Executor和Executors的区别？

Executors 工具类的不同方法按照我们的需求创建了不同的线程池，来满足业务的需求。 
Executor 接口对象能执行我们的线程任务。 
ExecutorService接口继承了Executor接口并进行了扩展，提供了更多的方法我们能获得任务执行的状态并且可以获取任务的返回值。 
使用ThreadPoolExecutor 可以创建自定义线程池。 
Future 表示异步计算的结果，他提供了检查计算是否完成的方法，以等待计算的完成，并可以使用get()方法获取计算的结果。

9、如何在Windows和Linux上查找哪个线程使用的CPU时间最长？

参考： 
http://daiguahub.com/2016/07/31/%E4%BD%BF%E7%94%A8jstack%E6%89%BE%E5%87%BA%E6%B6%88%E8%80%97CPU%E6%9C%80%E5%A4%9A%E7%9A%84%E7%BA%BF%E7%A8%8B%E4%BB%A3%E7%A0%81/

10、什么是原子操作？在Java Concurrency API中有哪些原子类(atomic classes)？

原子操作（atomic operation）意为”不可被中断的一个或一系列操作” 。 
处理器使用基于对缓存加锁或总线加锁的方式来实现多处理器之间的原子操作。 
在Java中可以通过锁和循环CAS的方式来实现原子操作。 CAS操作——Compare & Set，或是 Compare & Swap，现在几乎所有的CPU指令都支持CAS的原子操作。

原子操作是指一个不受其他操作影响的操作任务单元。原子操作是在多线程环境下避免数据不一致必须的手段。 
int++并不是一个原子操作，所以当一个线程读取它的值并加1时，另外一个线程有可能会读到之前的值，这就会引发错误。 
为了解决这个问题，必须保证增加操作是原子的，在JDK1.5之前我们可以使用同步技术来做到这一点。到JDK1.5，java.util.concurrent.atomic包提供了int和long类型的原子包装类，它们可以自动的保证对于他们的操作是原子的并且不需要使用同步。

java.util.concurrent这个包里面提供了一组原子类。其基本的特性就是在多线程环境下，当有多个线程同时执行这些类的实例包含的方法时，具有排他性，即当某个线程进入方法，执行其中的指令时，不会被其他线程打断，而别的线程就像自旋锁一样，一直等到该方法执行完成，才由JVM从等待队列中选择一个另一个线程进入，这只是一种逻辑上的理解。

原子类：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong，AtomicReference 
原子数组：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，AtomicReferenceArray 
原子属性更新器：AtomicLongFieldUpdater，AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicReferenceFieldUpdater 
解决ABA问题的原子类：AtomicMarkableReference（通过引入一个boolean来反映中间有没有变过），AtomicStampedReference（通过引入一个int来累加来反映中间有没有变过）

11、Java Concurrency API中的Lock接口(Lock interface)是什么？对比同步它有什么优势？

Lock接口比同步方法和同步块提供了更具扩展性的锁操作。 
他们允许更灵活的结构，可以具有完全不同的性质，并且可以支持多个相关类的条件对象。

它的优势有：

• 可以使锁更公平
• 可以使线程在等待锁的时候响应中断
• 可以让线程尝试获取锁，并在无法获取锁的时候立即返回或者等待一段时间
• 可以在不同的范围，以不同的顺序获取和释放锁

整体上来说Lock是synchronized的扩展版，Lock提供了无条件的、可轮询的(tryLock方法)、定时的(tryLock带参方法)、可中断的(lockInterruptibly)、可多条件队列的(newCondition方法)锁操作。另外Lock的实现类基本都支持非公平锁(默认)和公平锁，synchronized只支持非公平锁，当然，在大部分情况下，非公平锁是高效的选择。

12、什么是Executors框架？

Executor框架是一个根据一组执行策略调用，调度，执行和控制的异步任务的框架。

无限制的创建线程会引起应用程序内存溢出。所以创建一个线程池是个更好的的解决方案，因为可以限制线程的数量并且可以回收再利用这些线程。利用Executors框架可以非常方便的创建一个线程池。

13、什么是阻塞队列？阻塞队列的实现原理是什么？如何使用阻塞队列来实现生产者-消费者模型？

阻塞队列（BlockingQueue）是一个支持两个附加操作的队列。

这两个附加的操作是：在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。当队列满时，存储元素的线程会等待队列可用。

阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者是往队列里添加元素的线程，消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器，而消费者也只从容器里拿元素。

JDK7提供了7个阻塞队列。分别是： 
ArrayBlockingQueue ：一个由数组结构组成的有界阻塞队列。 
LinkedBlockingQueue ：一个由链表结构组成的有界阻塞队列。 
PriorityBlockingQueue ：一个支持优先级排序的无界阻塞队列。 
DelayQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。 
SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。 
LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。 
LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。

Java 5之前实现同步存取时，可以使用普通的一个集合，然后在使用线程的协作和线程同步可以实现生产者，消费者模式，主要的技术就是用好，wait ,notify,notifyAll,sychronized这些关键字。而在java 5之后，可以使用阻塞队列来实现，此方式大大简少了代码量，使得多线程编程更加容易，安全方面也有保障。 
BlockingQueue接口是Queue的子接口，它的主要用途并不是作为容器，而是作为线程同步的的工具，因此他具有一个很明显的特性，当生产者线程试图向BlockingQueue放入元素时，如果队列已满，则线程被阻塞，当消费者线程试图从中取出一个元素时，如果队列为空，则该线程会被阻塞，正是因为它所具有这个特性，所以在程序中多个线程交替向BlockingQueue中放入元素，取出元素，它可以很好的控制线程之间的通信。

阻塞队列使用最经典的场景就是socket客户端数据的读取和解析，读取数据的线程不断将数据放入队列，然后解析线程不断从队列取数据解析。

14、什么是Callable和Future?

Callable接口类似于Runnable，从名字就可以看出来了，但是Runnable不会返回结果，并且无法抛出返回结果的异常，而Callable功能更强大一些，被线程执行后，可以返回值，这个返回值可以被Future拿到，也就是说，Future可以拿到异步执行任务的返回值。 
可以认为是带有回调的Runnable。

Future接口表示异步任务，是还没有完成的任务给出的未来结果。所以说Callable用于产生结果，Future用于获取结果。

15、什么是FutureTask?使用ExecutorService启动任务。

在Java并发程序中FutureTask表示一个可以取消的异步运算。它有启动和取消运算、查询运算是否完成和取回运算结果等方法。只有当运算完成的时候结果才能取回，如果运算尚未完成get方法将会阻塞。一个FutureTask对象可以对调用了Callable和Runnable的对象进行包装，由于FutureTask也是调用了Runnable接口所以它可以提交给Executor来执行。

16、什么是并发容器的实现？

何为同步容器：可以简单地理解为通过synchronized来实现同步的容器，如果有多个线程调用同步容器的方法，它们将会串行执行。比如Vector，Hashtable，以及Collections.synchronizedSet，synchronizedList等方法返回的容器。 
可以通过查看Vector，Hashtable等这些同步容器的实现代码，可以看到这些容器实现线程安全的方式就是将它们的状态封装起来，并在需要同步的方法上加上关键字synchronized。

并发容器使用了与同步容器完全不同的加锁策略来提供更高的并发性和伸缩性，例如在ConcurrentHashMap中采用了一种粒度更细的加锁机制，可以称为分段锁，在这种锁机制下，允许任意数量的读线程并发地访问map，并且执行读操作的线程和写操作的线程也可以并发的访问map，同时允许一定数量的写操作线程并发地修改map，所以它可以在并发环境下实现更高的吞吐量。

17、多线程同步和互斥有几种实现方法，都是什么？

线程同步是指线程之间所具有的一种制约关系，一个线程的   执行依赖另一个线程的消息，当它没有得到另一个线程的消息时应等待，直到消息到达时才被唤醒。 
线程互斥是指对于共享的进程系统资源，在各单个线程访问时的排它性。当有若干个线程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多只允许一个线程去使用，其它要使用该资源的线程必须等待，直到占用资源者释放该资源。线程互斥可以看成是一种特殊的线程同步。

线程间的同步方法大体可分为两类：用户模式和内核模式。顾名思义，内核模式就是指利用系统内核对象的单一性来进行同步，使用时需要切换内核态与用户态，而用户模式就是不需要切换到内核态，只在用户态完成操作。 
用户模式下的方法有：原子操作（例如一个单一的全局变量），临界区。内核模式下的方法有：事件，信号量，互斥量。

18、什么是竞争条件？你怎样发现和解决竞争？

当多个进程都企图对共享数据进行某种处理，而最后的结果又取决于进程运行的顺序时，则我们认为这发生了竞争条件（race condition）。

19、你将如何使用thread dump？你将如何分析Thread dump？

• 新建状态（New） 
  用new语句创建的线程处于新建状态，此时它和其他Java对象一样，仅仅在堆区中被分配了内存。
• 就绪状态（Runnable） 
  当一个线程对象创建后，其他线程调用它的start()方法，该线程就进入就绪状态，Java虚拟机会为它创建方法调用栈和程序计数器。处于这个状态的线程位于可运行池中，等待获得CPU的使用权。
• 运行状态（Running） 
  处于这个状态的线程占用CPU，执行程序代码。只有处于就绪状态的线程才有机会转到运行状态。
• 阻塞状态（Blocked） 
  阻塞状态是指线程因为某些原因放弃CPU，暂时停止运行。当线程处于阻塞状态时，Java虚拟机不会给线程分配CPU。直到线程重新进入就绪状态，它才有机会转到运行状态。 
  阻塞状态可分为以下3种： 
  死亡状态（Dead） 
  1. 位于对象等待池中的阻塞状态（Blocked in object’s wait pool）：当线程处于运行状态时，如果执行了某个对象的wait()方法，Java虚拟机就会把线程放到这个对象的等待池中，这涉及到“线程通信”的内容。
  2. 位于对象锁池中的阻塞状态（Blocked in object’s lock pool）：当线程处于运行状态时，试图获得某个对象的同步锁时，如果该对象的同步锁已经被其他线程占用，Java虚拟机就会把这个线程放到这个对象的锁池中，这涉及到“线程同步”的内容。
  3. 其他阻塞状态（Otherwise Blocked）：当前线程执行了sleep()方法，或者调用了其他线程的join()方法，或者发出了I/O请求时，就会进入这个状态。
• 
  当线程退出run()方法时，就进入死亡状态，该线程结束生命周期。

我们运行之前的那个死锁代码SimpleDeadLock.java，然后尝试输出信息(/*这是注释，作者自己加的*/)：

/* 时间，jvm信息 */
2017-11-01 17:36:28 Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.144-b01 mixed mode): /* 线程名称：DestroyJavaVM 编号：#13 优先级：5 系统优先级：0 jvm内部线程id：0x0000000001c88800 对应系统线程id（NativeThread ID）：0x1c18 线程状态： waiting on condition [0x0000000000000000] （等待某个条件） 线程详细状态：java.lang.Thread.State: RUNNABLE 及之后所有*/ "DestroyJavaVM" #13 prio=5 os_prio=0 tid=0x0000000001c88800 nid=0x1c18 waiting on condition [0x0000000000000000] java.lang.Thread.State: RUNNABLE "Thread-1" #12 prio=5 os_prio=0 tid=0x0000000018d49000 nid=0x17b8 waiting for monitor entry [0x0000000019d7f000] /* 线程状态：阻塞（在对象同步上） 代码位置：at com.leo.interview.SimpleDeadLock$B.run(SimpleDeadLock.java:56) 等待锁：0x00000000d629b4d8 已经获得锁：0x00000000d629b4e8*/ java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor) at com.leo.interview.SimpleDeadLock$B.run(SimpleDeadLock.java:56) - waiting to lock <0x00000000d629b4d8> (a java.lang.Object) - locked <0x00000000d629b4e8> (a java.lang.Object) "Thread-0" #11 prio=5 os_prio=0 tid=0x0000000018d44000 nid=0x1ebc waiting for monitor entry [0x000000001907f000] java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor) at com.leo.interview.SimpleDeadLock$A.run(SimpleDeadLock.java:34) - waiting to lock <0x00000000d629b4e8> (a java.lang.Object) - locked <0x00000000d629b4d8> (a java.lang.Object) "Service Thread" #10 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x0000000018ca5000 nid=0x1264 runnable [0x0000000000000000] java.lang.Thread.State: RUNNABLE "C1 CompilerThread2" #9 daemon prio=9 os_prio=2 tid=0x0000000018c46000 nid=0xb8c waiting on condition [0x0000000000000000] java.lang.Thread.State: RUNNABLE "C2 CompilerThread1" #8 daemon prio=9 os_prio=2 tid=0x0000000018be4800 nid=0x1db4 waiting on condition [0x0000000000000000] java.lang.Thread.State: RUNNABLE "C2 CompilerThread0" #7 daemon prio=9 os_prio=2 tid=0x0000000018be3800 nid=0x810 waiting on condition [0x0000000000000000] java.lang.Thread.State: RUNNABLE "Monitor Ctrl-Break" #6 daemon prio=5 os_prio=0 tid=0x0000000018bcc800 nid=0x1c24 runnable [0x00000000193ce000] java.lang.Thread.State: RUNNABLE at java.net.SocketInputStream.socketRead0(Native Method) at java.net.SocketInputStream.socketRead(SocketInputStream.java:116) at java.net.SocketInputStream.read(SocketInputStream.java:171) at java.net.SocketInputStream.read(SocketInputStream.java:141) at sun.nio.cs.StreamDecoder.readBytes(StreamDecoder.java:284) at sun.nio.cs.StreamDecoder.implRead(StreamDecoder.java:326) at sun.nio.cs.StreamDecoder.read(StreamDecoder.java:178) - locked <0x00000000d632b928> (a java.io.InputStreamReader) at java.io.InputStreamReader.read(InputStreamReader.java:184) at java.io.BufferedReader.fill(BufferedReader.java:161) at java.io.BufferedReader.readLine(BufferedReader.java:324) - locked <0x00000000d632b928> (a java.io.InputStreamReader) at java.io.BufferedReader.readLine(BufferedReader.java:389) at com.intellij.rt.execution.application.AppMainV2$1.run(AppMainV2.java:64) "Attach Listener" #5 daemon prio=5 os_prio=2 tid=0x0000000017781800 nid=0x524 runnable [0x0000000000000000] java.lang.Thread.State: RUNNABLE "Signal Dispatcher" #4 daemon prio=9 os_prio=2 tid=0x000000001778f800 nid=0x1b08 waiting on condition [0x0000000000000000] java.lang.Thread.State: RUNNABLE "Finalizer" #3 daemon prio=8 os_prio=1 tid=0x000000001776a800 nid=0xdac in Object.wait() [0x0000000018b6f000] java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor) at java.lang.Object.wait(Native Method) - waiting on <0x00000000d6108ec8> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock) at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:143) - locked <0x00000000d6108ec8> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock) at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:164) at java.lang.ref.Finalizer$FinalizerThread.run(Finalizer.java:209) "Reference Handler" #2 daemon prio=10 os_prio=2 tid=0x0000000017723800 nid=0x1670 in Object.wait() [0x00000000189ef000] java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor) at java.lang.Object.wait(Native Method) - waiting on <0x00000000d6106b68> (a java.lang.ref.Reference$Lock) at java.lang.Object.wait(Object.java:502) at java.lang.ref.Reference.tryHandlePending(Reference.java:191) - locked <0x00000000d6106b68> (a java.lang.ref.Reference$Lock) at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(Reference.java:153) "VM Thread" os_prio=2 tid=0x000000001771b800 nid=0x604 runnable "GC task thread#0 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x0000000001c9d800 nid=0x9f0 runnable "GC task thread#1 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x0000000001c9f000 nid=0x154c runnable "GC task thread#2 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x0000000001ca0800 nid=0xcd0 runnable "GC task thread#3 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=

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