面试题-多线程并发编程

基础知识

为什么要是使用并发编程

• 提升多核CPU的利用率，一般来说一台主机上的会有多个CPU核心，我们可以创建多个线程，理论上讲操作系统可以将多个线程分配给不同的CPU去执行，每个CPU执行线程，这样就提高了CPU的使用效率，如果使用单线程就只能有一个CPU核心被使用。
• 比如当我们在网上购物时，为了提升响应速度，需要拆分，减库存，生成订单等等这些操作。就可以进行拆分进行多线程的技术完成，面对复杂业务模型，并行程序会比串行程序更适应业务需求，而并发编程更能吻合这种业务拆分。

• 简单来说就是：

  • 充分利用多核CPU的计算能力。
  • 方便进行业务拆分，提升应用性能。

多线程应用场景

例如：迅雷多线程下载、数据库连接池、分批发送短信等等。

并发编程有什么缺点

并发编程的目的就是为了能提供程序的执行效率，提供程序运行速度，但是并发编程并不总是能提高程序运行速度的，而且并发编程可能会遇到很多问题，比如：内存泄漏、上下文切换、线程安全、死锁等等问题。

并发编程三个必要因素是什么？

• 原子性：即一个不可再被分割的颗粒，操作要从头到尾一口气执行完毕，不能被其他操作所中断。
• 可见性：一个线程对共享变量的修改，另一个线程能够立刻看到。
• 有序性：程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。（处理器可能会对指令进行重排序）

Java程序中怎么保证多线程的运行安全的呢？

出现线程安全问题的原因一般都是三个原因：

1. 线程切换带来的原子性问题；解决办法：使用多线程之间同步synchronized或者使用锁lock。
2. 缓存导致的可见性问题；解决办法：synchronized、volatile、lock，可以解决可见性问题
3. 编译优化带来的有序性问题；解决办法：happens-Before 规则可以解决有序性问题

并行并发、串行有什么区别？

• 并发：多个任务在同一个CPU核上，按细分的时间片轮流交替执行，从宏观上看这些任务好像是同时进行似的（其实不是）
• 并行：单位时间内，多个处理器或多核处理器同时处理多个任务，是真正意义上的“同时进行”。
• 串行：有n个任务，由一个线程按顺序执行。由于任务、方法都在一个线程执行所以不存在线程不安全情况，也就不存在临界区的问题。
  做一个形象的比喻：
  并发 = 俩个人用一台电脑。
  并行 = 俩个人分配了俩台电脑。
  串行 = 俩个人排队使用一台电脑。

多线程的好处

可以提高CPU的利用率。在多线程程序中，一个线程必须等待的时候，CPU可以运行其他的线程而不是等待，这样就大大提高了程序的效率。也就是说允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务。

多线程的劣势

• 线程也是程序，所以线程需要占用内存，线程越多占用内存也越多。
• 多线程需协调和管理，所以需要CPU时间跟踪线程
• 线程之间对共享资源的访问会相互影响，必须解决竞争使用共享资源的问题。

线程和进程的区别

• 线程属于进程，线程是进程的一部分。线程不能脱离进程而存在
• 一个进程中的多个线程可以共享一部分相同的资源，同时还拥有部分自己独有的资源例如程序计数器。而进程与进程之间一般是相互独立的，不存在内存资源共享的情况。
• 一个进程中一个线程的崩溃可能会影响其他线程的运行，而一个系统中一个进程的崩溃，大部分情况并不会影响其他进程的长正常运行。

什么是上下文切换？

在我们平时的的多线程编程中，大部分情况下，我们的创建的线程数是大于我们主机电脑CPU的核心数的。而CPU的一个核心同一个时刻只能执行一个线程，为了能够让其他多余的线程也能被CPU所关照到。我们就需要让CPU轮流去指向这些多余的线程，给每个线程分配一个时间片。当一个线程的时间片被消耗完毕后，CPU就会让这个线程进入休眠状态，让已经进行准备运行状态的线程获得CPU的使用权。这个从一个线程切换到另外一个线程的过程，就叫做上下文切换。

守护线程和用户线程有什么区别呢？

• 用户进程：就是我们平时windows电脑上前台所运行的QQ、微信程序，或者是Linux服务器上运行的Java jar服务。
• 守护进程：而守护进程呢，则是依附其对应的用户进程而存在的。为其用户进程而服务，随着用户进程的消亡，而毁灭。

如何在Linux 上查找哪个线程cpu利用率最高？

• 终端执行top命令，然后shift + p找出cpu利用率最高的进程pid号（如果是排查内存占用问题，则shift+m）
• 根据上面拿到的pid好，执行top -H -p pid号，然后继续按下shift + p，找到cpu占有率最高的线程
• 然后将获取到的线程pid号转换为16进制，使用jstack工具，jstack pid号 > /tmp/t.dat，如jstack 21324 > /tmp/t.dat
• 然后vim刚才的文件，找到线程号对应的信息

什么是线程死锁

• 死锁是指两个或两个以上的进程（线程）在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，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状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程（线程）称为死锁进程（线程）。
• 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。由于线程被无限期地阻塞，因此程序不可能正常终止。