金九银十准备季——Java后端多线程&并发面试题及答案（三）
写在前面：2020年面试必备的Java后端进阶面试题总结了一份复习指南在Github上，内容详细，图文并茂，有需要学习的朋友可以Star一下！
GitHub地址：https://github.com/abel-max/Java-Study-Note/tree/master
41、tryLock 和 lock 和 lockInterruptibly 的区别
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tryLock 能获得锁就返回 true，不能就立即返回 false， tryLock(long timeout,TimeUnitunit)，可以增加时间限制，如果超过该时间段还没获得锁，返回 false
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lock 能获得锁就返回 true，不能的话一直等待获得锁
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lock 和 lockInterruptibly，如果两个线程分别执行这两个方法，但此时中断这两个线程，lock 不会抛出异常，而 lockInterruptibly 会抛出异常。
42、Semaphore 信号量
Semaphore 是一种基于计数的信号量。它可以设定一个阈值，基于此，多个线程竞争获取许可信号，做完自己的申请后归还，超过阈值后，线程申请许可信号将会被阻塞。 Semaphore 可以用来构建一些对象池，资源池之类的， 比如数据库连接池
实现互斥锁（计数器为 1）
我们也可以创建计数为 1 的 Semaphore，将其作为一种类似互斥锁的机制，这也叫二元信号量，表示两种互斥状态。
代码实现
// 创建一个计数阈值为 5 的信号量对象
// 只能 5 个线程同时访问
Semaphore semp = new Semaphore(5);
try { // 申请许可
semp.acquire();
try {
// 业务逻辑
} catch (Exception e) {
} finally {
// 释放许可
semp.release();
}
} catch (InterruptedException e) {
}
43、Semaphore 与 ReentrantLock 区别
Semaphore 基本能完成 ReentrantLock 的所有工作，使用方法也与之类似，通过 acquire()与release()方法来获得和释放临界资源。经实测， Semaphone.acquire()方法默认为可响应中断锁，与 ReentrantLock.lockInterruptibly()作用效果一致，也就是说在等待临界资源的过程中可以被Thread.interrupt()方法中断。
此外， Semaphore 也实现了可轮询的锁请求与定时锁的功能，除了方法名 tryAcquire 与 tryLock不同，其使用方法与 ReentrantLock 几乎一致。 Semaphore 也提供了公平与非公平锁的机制，也可在构造函数中进行设定。
Semaphore 的锁释放操作也由手动进行，因此与 ReentrantLock 一样，为避免线程因抛出异常而无法正常释放锁的情况发生，释放锁的操作也必须在 finally 代码块中完成。
44、可重入锁（递归锁）
本文里面讲的是广义上的可重入锁，而不是单指 JAVA 下的 ReentrantLock。 可重入锁，也叫做递归锁，指的是同一线程 外层函数获得锁之后 ，内层递归函数仍然有获取该锁的代码，但不受影响。在 JAVA 环境下 ReentrantLock 和 synchronized 都是 可重入锁。
45、公平锁与非公平锁
公平锁（Fair）
加锁前检查是否有排队等待的线程，优先排队等待的线程，先来先得
非公平锁（Nonfair）
加锁时不考虑排队等待问题，直接尝试获取锁，获取不到自动到队尾等待
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非公平锁性能比公平锁高 5~10 倍，因为公平锁需要在多核的情况下维护一个队列
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Java 中的 synchronized 是非公平锁， ReentrantLock 默认的 lock()方法采用的是非公平锁。
46、ReadWriteLock 读写锁
为了提高性能， Java 提供了读写锁，在读的地方使用读锁，在写的地方使用写锁，灵活控制，如果没有写锁的情况下，读是无阻塞的,在一定程度上提高了程序的执行效率。 读写锁分为读锁和写锁，多个读锁不互斥，读锁与写锁互斥，这是由 jvm 自己控制的，你只要上好相应的锁即可。
读锁
如果你的代码只读数据，可以很多人同时读，但不能同时写，那就上读锁
写锁
如果你的代码修改数据，只能有一个人在写，且不能同时读取，那就上写锁。总之，读的时候上读锁，写的时候上写锁！
Java 中 读 写 锁 有 个 接 口 java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock ， 也 有 具 体 的 实 现ReentrantReadWriteLock。
47、共享锁和独占锁
java 并发包提供的加锁模式分为独占锁和共享锁。
独占锁
独占锁模式下，每次只能有一个线程能持有锁， ReentrantLock 就是以独占方式实现的互斥锁。独占锁是一种悲观保守的加锁策略，它避免了读/读冲突，如果某个只读线程获取锁，则其他读线程都只能等待，这种情况下就限制了不必要的并发性，因为读操作并不会影响数据的一致性。
共享锁
共享锁则允许多个线程同时获取锁，并发访问 共享资源，如： ReadWriteLock。 共享锁则是一乐观锁，它放宽了加锁策略，允许多个执行读操作的线程同时访问共享资源。
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AQS 的内部类 Node 定义了两个常量 SHARED 和 EXCLUSIVE，他们分别标识 AQS 队列中等待线程的锁获取模式。
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java 的并发包中提供了 ReadWriteLock，读-写锁。它允许一个资源可以被多个读操作访问，或者被一个 写操作访问，但两者不能同时进行。
48、重量级锁（Mutex Lock）
Synchronized 是通过对象内部的一个叫做监视器锁（monitor）来实现的。但是监视器锁本质又是依赖于底层的操作系统的 Mutex Lock 来实现的。
而操作系统实现线程之间的切换这就需要从用户态转换到核心态，这个成本非常高，状态之间的转换需要相对比较长的时间，这就是为什么Synchronized 效率低的原因。
因此， 这种依赖于操作系统 Mutex Lock 所实现的锁我们称之为“重量级锁” 。 JDK 中对 Synchronized 做的种种优化，其核心都是为了减少这种重量级锁的使用。
JDK1.6 以后，为了减少获得锁和释放锁所带来的性能消耗，提高性能，引入了“轻量级锁”和“偏向锁”。
49、轻量级锁
锁的状态总共有四种：无锁状态、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。
锁升级
随着锁的竞争，锁可以从偏向锁升级到轻量级锁，再升级的重量级锁（但是锁的升级是单向的，也就是说只能从低到高升级，不会出现锁的降级）。
“轻量级” 是相对于使用操作系统互斥量来实现的传统锁而言的。但是，首先需要强调一点的是，轻量级锁并不是用来代替重量级锁的，它的本意是在没有多线程竞争的前提下，减少传统的重量级锁使用产生的性能消耗。
在解释轻量级锁的执行过程之前， 先明白一点，轻量级锁所适应的场景是线程交替执行同步块的情况，如果存在同一时间访问同一锁的情况，就会导致轻量级锁膨胀为重量级锁
50、偏向锁
Hotspot 的作者经过以往的研究发现大多数情况下锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一线程多次获得。 偏向锁的目的是在某个线程获得锁之后，消除这个线程锁重入（CAS）的开销，看起来让这个线程得到了偏护。
引入偏向锁是为了在无多线程竞争的情况下尽量减少不必要的轻量级锁执行路径，因为轻量级锁的获取及释放依赖多次 CAS 原子指令， 而偏向锁只需要在置换ThreadID 的时候依赖一次 CAS 原子指令（由于一旦出现多线程竞争的情况就必须撤销偏向锁，所以偏向锁的撤销操作的性能损耗必须小于节省下来的 CAS 原子指令的性能消耗）。
上面说过， 轻量级锁是为了在线程交替执行同步块时提高性能， 而偏向锁则是在只有一个线程执行同步块时进一步提高性能。
51、分段锁
分段锁也并非一种实际的锁，而是一种思想 ConcurrentHashMap 是学习分段锁的最好实践
52、锁优化
减少锁持有时间
只用在有线程安全要求的程序上加锁
减小锁粒度
将大对象（这个对象可能会被很多线程访问），拆成小对象，大大增加并行度，降低锁竞争。降低了锁的竞争，偏向锁，轻量级锁成功率才会提高。最最典型的减小锁粒度的案例就是ConcurrentHashMap。
锁分离
最常见的锁分离就是读写锁 ReadWriteLock，根据功能进行分离成读锁和写锁，这样读读不互斥，读写互斥，写写互斥，即保证了线程安全，又提高了性能，具体也请查看[高并发 Java 五]JDK 并发包 1。读写分离思想可以延伸，只要操作互不影响，锁就可以分离。比如LinkedBlockingQueue 从头部取出，从尾部放数据
锁粗化
通常情况下，为了保证多线程间的有效并发，会要求每个线程持有锁的时间尽量短，即在使用完公共资源后，应该立即释放锁。但是，凡事都有一个度， 如果对同一个锁不停的进行请求、同步和释放，其本身也会消耗系统宝贵的资源，反而不利于性能的优化 。
锁消除
锁消除是在编译器级别的事情。 在即时编译器时，如果发现不可能被共享的对象，则可以消除这些对象的锁操作，多数是因为程序员编码不规范引起。
参考： https://www.jianshu.com/p/39628e1180a9
53、线程基本方法
线程相关的基本方法有 wait， notify， notifyAll， sleep， join， yield 等。
54、线程等待（wait）
调用该方法的线程进入 WAITING 状态，只有等待另外线程的通知或被中断才会返回，需要注意的
是调用 wait()方法后， 会释放对象的锁。因此， wait 方法一般用在同步方法或同步代码块中。
55、线程睡眠（sleep）
sleep 导致当前线程休眠，与 wait 方法不同的是 sleep 不会释放当前占有的锁,sleep(long)会导致
线程进入 TIMED-WATING 状态，而 wait()方法会导致当前线程进入 WATING 状态
56、线程让步（yield）
yield 会使当前线程让出 CPU 执行时间片，与其他线程一起重新竞争 CPU 时间片。一般情况下，优先级高的线程有更大的可能性成功竞争得到 CPU 时间片， 但这又不是绝对的，有的操作系统对线程优先级并不敏感。
57、线程中断（interrupt）
中断一个线程，其本意是给这个线程一个通知信号，会影响这个线程内部的一个中断标识位。 这个线程本身并不会因此而改变状态(如阻塞，终止等)。
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调用 interrupt()方法并不会中断一个正在运行的线程。也就是说处于 Running 状态的线程并不会因为被中断而被终止，仅仅改变了内部维护的中断标识位而已。
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若调用 sleep()而使线程处于 TIMED-WATING 状态，这时调用 interrupt()方法，会抛出InterruptedException,从而使线程提前结束 TIMED-WATING 状态。
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许多声明抛出 InterruptedException 的方法(如 Thread.sleep(long mills 方法))，抛出异常前，都会清除中断标识位，所以抛出异常后，调用 isInterrupted()方法将会返回 false。
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中断状态是线程固有的一个标识位，可以通过此标识位安全的终止线程。比如,你想终止一个线程 thread 的时候，可以调用 thread.interrupt()方法，在线程的 run 方法内部可以根据 thread.isInterrupted()的值来优雅的终止线程。
58、Join 等待其他线程终止
join() 方法，等待其他线程终止，在当前线程中调用一个线程的 join() 方法，则当前线程转为阻塞状态，回到另一个线程结束，当前线程再由阻塞状态变为就绪状态，等待 cpu 的宠幸。
59、为什么要用 join()方法？
很多情况下，主线程生成并启动了子线程，需要用到子线程返回的结果，也就是需要主线程需要在子线程结束后再结束，这时候就要用到 join() 方法 。
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程运行开始!");
Thread6 thread1 = new Thread6();
thread1.setName("线程 B");
thread1.join();
System.out.println("这时 thread1 执行完毕之后才能执行主线程");
60、线程唤醒（notify）
Object 类中的 notify() 方法， 唤醒在此对象监视器上等待的单个线程，如果所有线程都在此对象上等待，则会选择唤醒其中一个线程，选择是任意的，并在对实现做出决定时发生，线程通过调用其中一个 wait() 方法，在对象的监视器上等待， 直到当前的线程放弃此对象上的锁定，才能继续执行被唤醒的线程，被唤醒的线程将以常规方式与在该对象上主动同步的其他所有线程进行竞争。类似的方法还有 notifyAll() ，唤醒再次监视器上等待的所有线程。
61、线程其他方法
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sleep()：强迫一个线程睡眠Ｎ毫秒。
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isAlive()： 判断一个线程是否存活。
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join()： 等待线程终止。
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activeCount()： 程序中活跃的线程数。
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enumerate()： 枚举程序中的线程。
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currentThread()： 得到当前线程。
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isDaemon()： 一个线程是否为守护线程。
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setDaemon()： 设置一个线程为守护线程。 (用户线程和守护线程的区别在于，是否等待主线程依赖于主线程结束而结束)
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setName()： 为线程设置一个名称。
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wait()： 强迫一个线程等待。
11.notify()： 通知一个线程继续运行。
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setPriority()： 设置一个线程的优先级。
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getPriority():：获得一个线程的优先级。
62、进程
（有时候也称做任务）是指一个程序运行的实例。在 Linux 系统中，线程就是能并行运行并且与他们的父进程（创建他们的进程）共享同一地址空间（一段内存区域）和其他资源的轻量级的进程。
63、上下文
是指某一时间点 CPU 寄存器和程序计数器的内容。
64、寄存器
是 CPU 内部的数量较少但是速度很快的内存（与之对应的是 CPU 外部相对较慢的 RAM 主内存）。寄存器通过对常用值（通常是运算的中间值）的快速访问来提高计算机程序运行的速度。
65、程序计数器
是一个专用的寄存器， 用于表明指令序列中 CPU 正在执行的位置，存的值为正在执行的指令的位置或者下一个将要被执行的指令的位置，具体依赖于特定的系统。
66、PCB-“切换桢”
上下文切换可以认为是内核（操作系统的核心）在 CPU 上对于进程（包括线程）进行切换，上下文切换过程中的信息是保存在进程控制块（PCB, process control block）中的。 PCB 还经常被称作“切换桢”（switchframe）。 信息会一直保存到 CPU 的内存中，直到他们被再次使用。
67、上下文切换的活动
1.挂起一个进程，将这个进程在 CPU 中的状态（上下文）存储于内存中的某处。
2.在内存中检索下一个进程的上下文并将其在 CPU 的寄存器中恢复。
3.跳转到程序计数器所指向的位置（即跳转到进程被中断时的代码行），以恢复该进程在程序中。
68、引起线程上下文切换的原因
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当前执行任务的时间片用完之后，系统 CPU 正常调度下一个任务；
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当前执行任务碰到 IO 阻塞，调度器将此任务挂起，继续下一任务；
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多个任务抢占锁资源，当前任务没有抢到锁资源，被调度器挂起，继续下一任务；
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用户代码挂起当前任务，让出 CPU 时间；
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硬件中断；
69、同步锁
当多个线程同时访问同一个数据时，很容易出现问题。为了避免这种情况出现，我们要保证线程
同步互斥，就是指并发执行的多个线程，在同一时间内只允许一个线程访问共享数据。 Java 中可
以使用 synchronized 关键字来取得一个对象的同步锁。
70、死锁
何为死锁，就是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。