Java经典面试题——多线程

1.多线程的概念

多线程（Multi-Threading），是指从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术。具有多线程能力的计算机因有硬件支持而能够在同一时间执行多于一个线程，进而提升整体处理性能 (好处)。具有这种能力的系统包括对称多处理机、多核心处理器以及芯片级多处理或同时多线程处理器。在一个程序中，这些独立运行的程序片段叫做 "线程" (Thread)，利用它编程的概念就叫做 "多线程处理"。

2.多线程的优缺点

优点:

1）可以让程序运行速度更快 用户在频繁切换运行进程的界面，界面下运行进程底层都有多个线程不断运行着，CPU一直处于运行状态。

2）提高CPU利用率 大量线程同时处于状态，让CPU不间断运行

缺点:

1）多线程情况，多个线程可能共享一个资源，如果资源数量有限，多线程竞争会产生等待问题。例如：多台电脑共享一个打印机。

2）多线程，不间断线程进程（上下文）切换，线程切换消耗资源的。

4）多线程，有可能造成死锁。

3.并发和并行的区别

并行：多个处理器或多个核处理器 同时处理多个任务。

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，从逻辑上来看那些任务是同时执行的。

举例:

并发 = 两个队列和一台咖啡机。

并行 = 两个队列和两台咖啡机。

4.线程和进程的区别？

a.线程是程序执行的最小单位，而进程是操作系统分配资源的最小单位

b.进程是系统资源分配的单位，线程的系统调度的单位

c.一个进程是由一个或者多个线程组成的，线程是一个进程中代码的不同执行路线

d.进程之间相互独立，进程之间不能共享资源，而线程共享所在进程的地址空间和其他资源，同时线程还有自己的栈和栈指针，程序计数器等寄存器

e.调度和切换：线程切换上下文比进程上下文切换的要快的多

5.守护线程是什么?

守护线程是运行在后台的一种特殊进程。它独立于控制终端并且周期性地执行某种任务或等待处理某些发生的事件。在Java中垃圾回收线程就是特殊的守护线程。

6.创建线程有哪几种方式?

创建线程有三种方法:

1）继承 Thread 重写 run方法；

2）实现 Runnable 接口；

3）实现 Callable 接口。

7.runnable 和 callable 有什么区别？

相同点：都是多线程的实现方式

不同点： 1.Runnable 实现多线程使用的run()方法，Callable是call()方法

                2.Runnable run()方法执行时没有返回结果，而call()方法是有返回结果

                3.Runnable run()方法不可以处理异常，而call()方法可以检测并处理异常

8.线程有哪些状态？

线程的状态:

• 新建 (程序还没有开始运行线程中的代码)
• 就绪 (当start()方法返回后，线程就处于就绪状态，处于就绪状态的线程并不一定立即运行run()方法，线程还必须同其他线程竞争CPU时间)
• 运行 (线程获得CPU时间后，它才进入运行状态，真正开始执行run())
• 阻塞 (等待wait，带超时的等待sleep)
• 终止 (死亡，正常退出或者异常终止)

9. sellp() 和 wait() 有什么区别?

1.sleep()是Thread类中的一个静态方法，wait()是Object中的方法

2.sleep()方法可以在同步块中运行，也可以不在同步块中运行，而wait()方法必须在同步块中运行，如果不在同步块中运行就会出错。

3.sleep()在同步块中执行时，一个线程获取锁后，不释放锁，以指定的毫秒数暂停，暂停后继续执行，全部执行后在释放锁，另一个线程才会拿到锁在执行。wait()在同步块中执行时，threadA一个线程取锁后 释放锁，在没有其他线程调用notify()或者notifyAll()唤醒方法唤醒释放锁的线程该线程会一直阻塞，当该线程threadA被唤醒时，并不是立马执行而是进入锁池，具备拿锁资格也需要等唤醒它的线程所有业务执行完毕之后释放锁threadA在拿锁执行。

10.实现Runnable和继承Thread的区别

受Java单继承影响，继承thread无法实现成员变量共享(不用特殊手段，如加static)，实现Runnable接口时，线程运行可以共享成员变量。

11.notify()和 notifyAll()有什么区别?

1）notifyAll()会唤醒所有的线程，notify()只会唤醒一个线程。

2）notifyAll()调用后，会将全部线程由等待池移到锁池，然后参与锁的竞争，竞争成功则继续执行，如果不成功则留在锁池等待锁释放后再次参与竞争。而notify()只会唤醒一个线程，具体唤醒哪一个线程由虚拟机控制。

12.线程run() 和 start() 有什么区别？

1）start（）方法用于启动线程。run()方法用于执行线程的运行时代码。

2）run()方法可以重复调用，而start()只能调用一次。

13.创建线程池有哪几种方法？

线程池四种常用方式

1）newSingleThreadExecutor：

创建一个单线程的线程池。这个线程池只要一个线程池工作。如果这个线程池出现异常，会有一个新的线程来代替它。此线程保证所有的任务执行顺序是按照提交顺序执行。

使用场景：保证任务由一个线程串执行

2）newFixedThreadPool:

创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程出现异常，那么会补充一个新的线程。

corePoolSize与maximumPoolSize相等，即其线程全为核心线程，是一个固定大小的线程池，是其优势；keepAliveTime = 0 该参数默认对核心线程无效，而FixedThreadPool全部为核心线程；workQueue 为LinkedBlockingQueue（无界阻塞队列），队列最大值为Integer.MAX_VALUE。如果任务提交速度持续大余任务处理速度，会造成队列大量阻塞。因为队列很大，很有可能在拒绝策略前，内存溢出。是其劣势；FixedThreadPool的任务执行是无序的；

使用场景：可以用于Web服务器瞬时削峰，但需注意长时间高峰情况造成的队列阻塞。

3）newCachedThreadPool:

创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过处理任务所需要的线程数，那么会回收部分的空闲线程，当任务数增加时，线程会智能添加新线程来处理任务。此线程不会对线程池的大小做限制，线程池的大小完全依赖操作系统（或JVM）能够创建最大线程的大小。（如果间隔时间长，下一个任务运行时，上一个任务已经完成，所以线程可以继续复用，如果间隔时间调短，那么部分线程将会使用新线程来运行。）corePoolSize = 0，maximumPoolSize = Integer.MAX_VALUE，即线程数量几乎无限制；keepAliveTime = 60s，线程空闲60s后自动结束。workQueue 为 SynchronousQueue 同步队列，这个队列类似于一个接力棒，入队出队必须同时传递，因为CachedThreadPool线程创建无限制，不会有队列等待，所以使用SynchronousQueue；

适用场景：快速处理大量耗时较短的任务 (大量耗时长的线程运行，会导致当前程序不可用 )

4）newScheduledThreadPool:

创建一个无限大小的线程池。此线程池支持定时和周期性执行任务的需求。

适用场景: 定时任务

14.线程池都有那些状态？

• RUNNING:这是最正常的状态，接收新的任务，处理等待队列中的任务
• SHUTDOWN:不接受新的任务提交，但是会继续处理等待队列中的任务
• STOP:不接收新的任务提交，不在处理等待队列中的任务，中断正在执行任务的线程
• TIDYING:所有的任务都销毁了，workCount为0，线程池的状态在转换为TIDYING状态时，会执行钩子方法terminated()
• TERMINATED:terminated()方法结束后，线程池的状态就会变成这个.

15.线程池中 submit() 和 execute() 方法有什么区别？ 

1.submit() 即支持Runnable()还支持Callable() ，execute()只支持Runnable()

2.submit() 因为支持Callable() ，所以就可以支持获取返回值和获取异常处理

16.在Java程序中怎么保证多线程的运行安全？

方法一：使用安全类，比如 Java，util，concurrent 下的类。

方法二：使用自动锁 synchronized。

方法三：使用手动锁 Lock。

17.多线程中synchronized锁升级的原理是什么？

synchronizerd锁升级原理:

在锁对象的对象头里面有一个threadid字段，在第一次访问的时候thread为空，jvm让其持有偏向锁，并将threadid设置为其线程id，再次进入的时候会先判断threadid是否与其线程id一致，如果一致则可以直接使用此对象，如果不一致，则升级偏向锁为轻量级锁，通过自旋循环一定次数来获取锁，执行一定次数之后，如果还没有正常获取到要使用的对象，此时就会把锁从轻量级升级为重量级锁，此过程就构成了synchronized锁的升级。

锁的升级的目的：

锁升级是为了减低锁带来的性能消耗。再Java6之后优化synchronized的实现方式，使用了偏向锁升级为轻量级锁再升级到重量级锁的方式，从而减低了锁带来的性能销毁。

18.什么是死锁？

当线程A持有独占锁a，并尝试获取独占锁b的同时，线程B持有独占锁b，并尝试获取独占锁a的情况下，就会发生AB两个线程由于互相持有对方需要的锁，而发生的阻塞现象，我们称为死锁。

19.怎么防止死锁？

1）避免多次锁定，尽量避免同一个线程多个Lcok进行锁定

2）具有相同的加锁顺序

3）使用定时锁。程序在调用方法加锁时可指定timeout参数，该参数只当超过timeout秒后会自动释放多Lock的suod，这样就可以解开死锁。

4）死锁检测。死锁检测是一种依靠算法机制实现的死锁预防机制，它只要是针对那些不可能实现按锁枷锁，也不能使用定时锁的场景的。

20.ThreadLocal 是什么？有哪些使用场景？

ThreadLocal 为每一个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其他线程所对应的副本。

ThreadLocal的经典使用场景是数据库连接和session管理等。

21.说一下synchronized底层实现原理？

Synchronized经过编译，会在同步块的前后分别形成monitorenter和monitorexit这个两个字节码指令。在执行monitorenter指令时，首先要尝试获取对象锁。如果这个对象没被锁定，或者当前线程已经拥有了那个对象锁，把锁的计算器加1，相应的，在执行monitorexit指令时会将锁计算器减1，当计算器为0时，锁被释放了。如果获取对象锁失败，那当前线程就要阻塞，直到对象被另一个线程释放为止。

22.synchronized 和 volatile 的区别是？

• volatile 是变量修饰符; synchronized 是修饰类，方法，代码段。
• 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。

23.synchronized 和 Lock 有什么区别?

• synchronized 可以给类、方法、代码块枷锁；而lock只能给代码块枷锁。
• synchronized 不需要手动获取锁和释放锁，使用简单，发送异常会自动释放锁，不会造成死锁；而lock需要自己加锁和释放锁，如果使用不当没有 unLock() 去释放就会造成死锁。
• 通过 Lock 可以知道没有成功获取锁，而synchronized却不无法办到。

24.synchronized 和 ReentrantLock 区别是什么？ 

synchronized 早期的实现比较低效，对比ReentrantLock，大多数场景性能都相差较大，但是在Java6 中对 synchronized 进行了非常多的改进。

主要区别如下:

• ReentrantLock  使用起来比较灵活，但是必须有释放锁的配合动作。
• ReentrantLock 必须手动获取于释放锁，而synchronized 不需要手动释放和开启锁。
• ReentrantLock 只是用于代码块锁，而 synchronized 可用于修饰实例方法和静态方法、代码块等。

25.atomic的原理

atomic 主要利用ACS (Compare And Wwap) 和 volatile和native方法来保证原子操作，从而避免synchronized的高开销，执行效率大为提示。