Java基础面试～～多线程

1. 并行和并发有什么区别？

• 并行：就是多个任务真实的同时执行。
• 并发：偏重于多个任务交替执行，而多个任务之间有可能还是串行的。

2. 线程和进程的区别？

简而言之，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。

3. 守护线程是什么？

守护线程（即daemon thread），是个服务线程，准确地来说就是服务其他的线程。

4. 创建线程有哪几种方式？

①. 继承Thread类创建线程类

• 定义Thread类的子类，并重写该类的run方法，该run方法的方法体就代表了线程要完成的任务。因此把run()方法称为执行体。

• 创建Thread子类的实例，即创建了线程对象。

• 调用线程对象的start()方法来启动该线程。

public class Demo1 {

    public static class MyThread extends Thread{
        @Override
        public void run(){
            System.out.println("创建线程");
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        //开启线程
        myThread.start();  
    }
}

②. 通过Runnable接口创建线程类

• 定义runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法，该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。

• 创建 Runnable实现类的实例，并依此实例作为Thread的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。

• 调用线程对象的start()方法来启动该线程。

 public static class RunableTask implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("实现runnable创建线程");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        RunableTask runableTask = new RunableTask();
        new Thread(runableTask).start();

    }

③. 通过Callable和Future创建线程

• 创建Callable接口的实现类，并实现call()方法，该call()方法将作为线程执行体，并且有返回值。

• 创建Callable实现类的实例，使用FutureTask类来包装Callable对象，该FutureTask对象封装了该Callable对象的call()方法的返回值。

• 使用FutureTask对象作为Thread对象的target创建并启动新线程。

• 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 static class CallerTask implements Callable<String>{

        @Override
        public String call() throws Exception {
            return "callable创建线程";
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        FutureTask<String> futureTask  = new FutureTask<String>(new CallerTask());
        /*String s1 = futureTask.get();*/
        /*System.out.println("first"+ s1);*/
        new Thread(futureTask).start();
        String s = futureTask.get();
        System.out.println(s);

    }

5. 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，它做的事情只是纯粹地去执行run()方法中的代码而已；

• 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。

6. 线程有哪些状态？

线程通常都有五种状态，创建、就绪、运行、阻塞和死亡。

• 初始(NEW)：新创建了一个线程对象，但还没有调用start()方法。
• 运行(RUNNABLE)：Java线程中将就绪（ready）和运行中（running）两种状态笼统的称为“运行”。线程对象创建后，其他线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，等待被线程调度选中，获取CPU的使用权，此时处于就绪状态（ready）。就绪状态的线程在获得CPU时间片后变为运行中状（running）。
• 阻塞(BLOCKED)：表示线程阻塞于锁。
• 等待(WAITING)：进入该状态的线程需要等待其他线程做出一些特定动作（通知或中断）。
• 超时等待(TIMED_WAITING)：该状态不同于WAITING，它可以在指定的时间后自行返回 。
• 终止(TERMINATED)：表示该线程已经执行完毕。

6.1 图示方法的解读：

• Thread.sleep(long millis)：一定是当前线程调用此方法，当前线程进入TIMED_WAITING状态，但不释放对象锁，millis后线程自动苏醒进入就绪状态。作用：给其它线程执行机会的最佳方式。
• Thread.yield()：一定是当前线程调用此方法，当前线程放弃获取的CPU时间片，但不释放锁资源，由运行状态变为就绪状态，让OS再次选择线程。作用：让相同优先级的线程轮流执行，但并不保证一定会轮流执行。实际中无法保证yield()达到让步目的，因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中。Thread.yield()不会导致阻塞。该方法与sleep()类似，只是不能由用户指定暂停多长时间。
• t.join()/t.join(long millis)：当前线程里调用其它线程t的join方法，当前线程进入WAITING/TIMED_WAITING状态，当前线程不会释放已经持有的对象锁。线程t执行完毕或者millis时间到，当前线程进入就绪状态。
• obj.wait()：当前线程调用对象的wait()方法，当前线程释放对象锁，进入等待队列。依靠notify()/notifyAll()唤醒或者wait(long timeout) timeout时间到自动唤醒。(只能写在同步代码块中)。
• obj.notify()：唤醒在此对象监视器上等待的单个线程，选择是任意性的。notifyAll()唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。(只能写在同步代码块中)。

7. sleep() 和 wait() 有什么区别？

• sleep()：方法是线程类（Thread）的静态方法，让调用线程进入睡眠状态，让出执行机会给其他线程，等到休眠时间结束后，线程进入就绪状态和其他线程一起竞争cpu的执行时间。因为sleep() 是static静态的方法，他不能改变对象的机锁，当一个synchronized块中调用了sleep() 方法，线程虽然进入休眠，但是对象的机锁没有被释放，其他线程依然无法访问这个对象。
• wait()：wait()是Object类的方法，当一个线程执行到wait方法时，它就进入到一个和该对象相关的等待池，同时释放对象的机锁，使得其他线程能够访问，可以通过notify，notifyAll方法来唤醒等待的线程。

8. 线程的 run()和 start()有什么区别？

每个线程都是通过某个特定Thread对象所对应的方法run()来完成其操作的，方法run()称为线程体。通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程。
start()方法来启动一个线程，真正实现了多线程运行。这时无需等待run方法体代码执行完毕，可以直接继续执行下面的代码； 这时此线程是处于就绪状态， 并没有运行。 然后通过此Thread类调用方法run()来完成其运行状态， 这里方法run()称为线程体，它包含了要执行的这个线程的内容， Run方法运行结束， 此线程终止。然后CPU再调度其它线程。

9. 创建线程的方式

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(int corePoolSize)
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。

**【强制】**线程池不允许使用 Executors 去创建，而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。
Executors 返回的线程池对象的弊端：

1. FixedThreadPool 和 SingleThreadPool允许的请求队列长度为 Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而导致 OOM。
2. CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool允许的创建线程数量为 Integer.MAX_VALUE 可能会创建大量的线程，从而导致 OOM。

10. 线程池都有哪些状态？

• RUNNING

(1) 状态说明：线程池处在RUNNING状态时，能够接收新任务，以及对已添加的任务(堵塞队列中的任务)进行处理。
(2) 状态切换：线程池的初始化状态是RUNNING。换句话说，线程池被一旦被创建，就处于RUNNING状态，并且线程池中的任务数为0。

• SHUTDOWN

(1) 状态说明：线程池处在SHUTDOWN状态时，不接收新任务，但能处理已添加的任务。
(2) 状态切换：调用线程池的shutdown()接口时，线程池由RUNNING -> SHUTDOWN。

• STOP

(1) 状态说明：线程池处在STOP状态时，不接收新任务，不处理已添加的任务，并且会中断正在处理的任务。
(2) 状态切换：调用线程池的shutdownNow()接口时，线程池由(RUNNING or SHUTDOWN ) -> STOP。

• TIDYING

(1) 状态说明：当所有的任务已终止，ctl(有效线程数)记录的”任务数量”为0，线程池会变为TIDYING状态。当线程池变为TIDYING状态时，会执行钩子函数terminated()。terminated()在ThreadPoolExecutor类中是空的，若用户想在线程池变为TIDYING时，进行相应的处理；可以通过重载terminated()函数来实现。
(2) 状态切换：当线程池在SHUTDOWN状态下，阻塞队列为空并且线程池中执行的任务也为空时，就会由 SHUTDOWN -> TIDYING。
当线程池在STOP状态下，线程池中执行的任务为空时，就会由STOP -> TIDYING。

• TERMINATED

(1) 状态说明：线程池彻底终止，就变成TERMINATED状态。
(2) 状态切换：线程池处在TIDYING状态时，执行完terminated()之后，就会由 TIDYING -> TERMINATED。

11. 线程池中 submit()和 execute()方法有什么区别？

• execute() 参数 Runnable ；submit() 参数 (Runnable) 或 (Runnable 和 结果 T) 或 (Callable)。
• execute() 没有返回值；而 submit() 有返回值。
• submit() 的返回值 Future 调用get方法时，可以捕获处理异常。

12. 在 java 程序中怎么保证多线程的运行安全？

线程安全在三个方面体现：

• 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：即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行，由于指令重排序，结果一般会杂乱无序，（happens-before原则）。

13. 多线程锁的升级

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。意味着偏向锁升级成轻量级锁后不能降级成偏向锁。这种锁升级却不能降级的策略，目的是为了提高获得锁和释放锁的效率。

• 偏向锁

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，为了让线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。当一个线程访问同步块并获取锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID，以后该线程在进入和退出同步块时不需要花费CAS操作来加锁和解锁，而只需简单的测试一下对象头的Mark Word里是否存储着指向当前线程的偏向锁，如果测试成功，表示线程已经获得了锁，如果测试失败，则需要再测试下Mark Word中偏向锁的标识是否设置成1（表示当前是偏向锁），如果没有设置，则使用CAS竞争锁，如果设置了，则尝试使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程。

• 偏向锁的撤销

偏向锁使用了一种等到竞争出现才释放锁的机制，所以当其他线程尝试竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁。偏向锁的撤销，需要等待全局安全点（在这个时间点上没有字节码正在执行），它会首先暂停拥有偏向锁的线程，然后检查持有偏向锁的线程是否活着，如果线程不处于活动状态，则将对象头设置成无锁状态，如果线程仍然活着，拥有偏向锁的栈会被执行，遍历偏向对象的锁记录，栈中的锁记录和对象头的Mark Word要么重新偏向于其他线程，要么恢复到无锁或者标记对象不适合作为偏向锁，最后唤醒暂停的线程。下图中的线程1演示了偏向锁初始化的流程，线程2演示了偏向锁撤销的流程。

• 关闭偏向锁

偏向锁在Java 6和Java 7里是默认启用的，但是它在应用程序启动几秒钟之后才激活，如有必要可以使用JVM参数来关闭延迟-XX：BiasedLockingStartupDelay = 0。如果你确定自己应用程序里所有的锁通常情况下处于竞争状态，可以通过JVM参数关闭偏向锁-XX:-UseBiasedLocking=false，那么默认会进入轻量级锁状态。

• 轻量级锁加锁

线程在执行同步块之前，JVM会先在当前线程的栈桢中创建用于存储锁记录的空间，并将对象头中的Mark Word复制到锁记录中，官方称为Displaced Mark Word。然后线程尝试使用CAS将对象头中的Mark Word替换为指向锁记录的指针。如果成功，当前线程获得锁，如果失败，表示其他线程竞争锁，当前线程便尝试使用自旋来获取锁。

• 轻量级锁解锁

轻量级解锁时，会使用原子的CAS操作来将Displaced Mark Word替换回到对象头，如果成功，则表示没有竞争发生。如果失败，表示当前锁存在竞争，锁就会膨胀成重量级锁。下图是两个线程同时争夺锁，导致锁膨胀的流程图。

因为自旋会消耗CPU，为了避免无用的自旋（比如获得锁的线程被阻塞住了），一旦锁升级成重量级锁，就不会再恢复到轻量级锁状态。当锁处于这个状态下，其他线程试图获取锁时，都会被阻塞住，当持有锁的线程释放锁之后会唤醒这些线程，被唤醒的线程就会进行新一轮的夺锁之争。

13.1 锁的优缺点对比

锁	优点	缺点	适用场景
偏向锁	加锁和解锁不需要额外的消耗，和执行非同步方法比仅存在纳秒级的差距。	如果线程间存在锁竞争，会带来额外的锁撤销的消耗。	适用于只有一个线程访问同步块场景。
轻量级锁	竞争的线程不会阻塞，提高了程序的响应速度。	如果始终得不到锁竞争的线程使用自旋会消耗CPU。	追求响应时间。
同步块执行速度非常快。
重量级锁	线程竞争不使用自旋，不会消耗CPU。	线程阻塞，响应时间缓慢。	追求吞吐量。
同步块执行速度较长。

14. 死锁

14.1 什么是死锁？

死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，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称为死锁进程。

14.2 怎么防止死锁？

死锁的四个必要条件：

• 互斥条件：进程对所分配到的资源不允许其他进程进行访问，若其他进程访问该资源，只能等待，直至占有该资源的进程使用完成后释放该资源。

• 请求和保持条件：进程获得一定的资源之后，又对其他资源发出请求，但是该资源可能被其他进程占有，此事请求阻塞，但又对自己获得的资源保持不放。

• 不可剥夺条件：是指进程已获得的资源，在未完成使用之前，不可被剥夺，只能在使用完后自己释放。

• 环路等待条件：是指进程发生死锁后，若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

15. ThreadLocal 是什么？有哪些使用场景？

https://www.yuque.com/haolonglong/msvmro/pna039

16. synchronized

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

17. 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。

18. synchronized 和 Lock 有什么区别？

• 首先synchronized是java内置关键字，在jvm层面，Lock是个java类；

• synchronized无法判断是否获取锁的状态，Lock可以判断是否获取到锁；

• synchronized会自动释放锁(a 线程执行完同步代码会释放锁 ；b 线程执行过程中发生异常会释放锁)，Lock需在finally中手工释放锁（unlock()方法释放锁），否则容易造成线程死锁；

• 用synchronized关键字的两个线程1和线程2，如果当前线程1获得锁，线程2线程等待。如果线程1阻塞，线程2则会一直等待下去，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；

• 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）；

• 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;

19. Atomic 的原理

Atomic包中的类基本的特性就是在多线程环境下，当有多个线程同时对单个（包括基本类型及引用类型）变量进行操作时，具有排他性，即当多个线程同时对该变量的值进行更新时，仅有一个线程能成功，而未成功的线程可以向自旋锁一样，继续尝试，一直等到执行成功。
Atomic系列的类中的核心方法都会调用unsafe类中的几个本地方法。我们需要先知道一个东西就是Unsafe类，全名为：sun.misc.Unsafe，这个类包含了大量的对C代码的操作，包括很多直接内存分配以及原子操作的调用。