并发编程核心知识点第一弹-一一网

并发编程高频面试题，题目后面星星数量越多，表示面试中出现的概率越高

推荐阅读：

并发编程1.png
并发编程2.png

什么是进程？是什么线程？ * * *

线程是处理器任务调度和执行的基本单位，进程是操作系统资源分配的基本单位。

进程是程序的一次执行过程，是系统运行的基本单位。线程是一个比进程更小的执行单位，一个进程可以包含多个线程。

进程和线程的关系？（区别） * * *

定义：线程是处理器任务调度和执行的基本单位；进程是操作系统资源分配的基本单位。

包含关系：一个进程可以包含多个线程。

从Java虚拟机的角度来理解：Java虚拟机的运行时数据区包含堆、方法区、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。各个进程之间是相互独立的，每个进程会包含多个线程，每个进程所包含的多个线程并不是相互独立的，这个线程会共享进程的堆和方法区，但这些线程不会共享虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。即每个进程所包含的多个线程共享进程的堆和方法区，并且具备私有的虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器，如图所示，假设某个进程包含三个线程。

在这里插入图片描述

由上面可知以下进程和线程在以下几个方面的区别：

内存分配：进程之间的地址空间和资源是相互独立的，同一个进程之间的线程会共享线程的地址空间和资源（堆和方法区）。

资源开销：每个进程具备各自的数据空间，进程之间的切换会有较大的开销。属于同一进程的线程会共享堆和方法区，同时具备私有的虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器，线程之间的切换资源开销较小。

并行和并发的区别？ *

并行：单位时间多个处理器同时处理多个任务。

并发：一个处理器处理多个任务，按时间片轮流处理多个任务。

多线程的优缺点（为什么使用多线程、多线程会引发什么问题） * *

优点：当一个线程进入等待状态或者阻塞时，CPU可以先去执行其他线程，提高CPU的利用率。

缺点：

上下文切换：频繁的上下文切换会影响多线程的执行速度。
死锁
资源限制：在进行并发编程时，程序的执行速度受限于计算机的硬件或软件资源。在并发编程中，程序执行变快的原因是将程序中串行执行的部分变成并发执行，如果因为资源限制，并发执行的部分仍在串行执行，程序执行将会变得更慢，因为程序并发需要上下文切换和资源调度。

线程的上下文切换 * * *

即便是单核的处理器也会支持多线程，处理器会给每个线程分配CPU时间片来实现这个机制。时间片是CPU分配给每个线程的执行时间，一般来说时间片非常的短，所以处理器会不停地切换线程。

CPU会通过时间片分配算法来循环执行任务，当前任务执行完一个时间片后会切换到下一个任务，但切换前会保存上一个任务的状态，因为下次切换回这个任务时还要加载这个任务的状态继续执行，从任务保存到在加载的过程就是一次上下文切换。

Java中守护线程和用户线程的区别？ *

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) 设置，true则是将该线程设置为守护线程，false则是将该线程设置为用户线程。同时，Thread.setDaemon()必须在Thread.start()之前调用，否则运行时会抛出异常。

用户线程：平时使用到的线程均为用户线程。

守护线程：用来服务用户线程的线程，例如垃圾回收线程。

守护线程和用户线程的区别主要在于Java虚拟机是后存活。

用户线程：当任何一个用户线程未结束，Java虚拟机是不会结束的。

守护线程：如何只剩守护线程未结束，Java虚拟机结束。

线程死锁是如何产生的，如何避免 * * *

这块内容很重要，面试时也可能让手写死锁的代码示例。

死锁：由于两个或两个以上的线程相互竞争对方的资源，而同时不释放自己的资源，导致所有线程同时被阻塞。

死锁产生的条件：

互斥条件：一个资源在同一时刻只由一个线程占用。
请求与保持条件：一个线程在请求被占资源时发生阻塞，并对已获得的资源保持不放。
循环等待条件：发生死锁时，所有的线程会形成一个死循环，一直阻塞。
不剥夺条件：线程已获得的资源在未使用完不能被其他线程剥夺，只能由自己使用完释放资源。

避免死锁的方法主要是破坏死锁产生的条件。

破坏互斥条件：这个条件无法进行破坏，锁的作用就是使他们互斥。
破坏请求与保持条件：一次性申请所有的资源。
破坏循环等待条件：按顺序来申请资源。
破坏不剥夺条件：线程在申请不到所需资源时，主动放弃所持有的资源。

用Java实现死锁，并给出避免死锁的解决方案 * *

class DeadLockDemo {
    private static Object resource1 = new Object();
    private static Object resource2 = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            synchronized (resource1) {
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                try {
                    Thread.sleep(1000);   //线程休眠，保证线程2先获得资源2
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
                synchronized (resource2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                }
            }
        }, "线程 1").start();

        new Thread(() -> {
            synchronized (resource2) {
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                try {
                    Thread.sleep(1000); //线程休眠，保证线程1先获得资源1
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource1");
                synchronized (resource1) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                }
            }
        }, "线程 2").start();
    }
}
复制代码

Thread[线程 1,5,main]get resource1
Thread[线程 2,5,main]waiting get resource1
Thread[线程 1,5,main]waiting get resource2
复制代码

上面代码产生死锁的原因主要是线程1获取到了资源1，线程2获取到了资源2，线程1继续获取资源2而产生阻塞，线程2继续获取资源1而产生阻塞。解决该问题最简单的方式就是两个线程按顺序获取资源，线程1和线程2都先获取资源1再获取资源2，无论哪个线程先获取到资源1，另一个线程都会因无法获取线程1产生阻塞，等到先获取到资源1的线程释放资源1，另一个线程获取资源1，这样两个线程可以轮流获取资源1和资源2。代码如下：

    private static Object resource1 = new Object();
    private static Object resource2 = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            synchronized (resource1) {
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                try {
                    Thread.sleep(1000);  
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
                synchronized (resource2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                }
            }
        }, "线程 1").start();

        new Thread(() -> {
            synchronized (resource1) {
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                try {
                    Thread.sleep(1000); 
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
                synchronized (resource2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                }
            }
        }, "线程 2").start();
    }
}
复制代码

Java中的死锁、活锁、饥饿有什么区别？ *

活锁：任务或者执行者没有被阻塞，由于某些条件没有被满足，导致线程一直重复尝试、失败、尝试、失败。例如，线程1和线程2都需要获取一个资源，但他们同时让其他线程先获取该资源，两个线程一直谦让，最后都无法获取

活锁和死锁的区别：

活锁是在不断地尝试、死锁是在一直等待。
活锁有可能自行解开、死锁无法自行解开。

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。以打印机打印文件为例，当有多个线程需要打印文件，系统按照短文件优先的策略进行打印，但当短文件的打印任务一直不间断地出现，那长文件的打印任务会被一直推迟，导致饥饿。活锁就是在忙式等待条件下发生的饥饿，忙式等待就是不进入等待状态的等待。

产生饥饿的原因：

高优先级的线程占用了低优先级线程的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。

死锁、饥饿的区别：饥饿可自行解开，死锁不行。

线程的生命周期和状态 * * *

线程状态的划分并不唯一，但是都大同小异，这里参考《Java并发编程的艺术》，主要有以下几种状态：

状态
NEW	初始状态，注意此时还未调用`start()`方法
RUNNABLE	运行状态，包含就绪和运行中两种状态
BLOCKED	阻塞状态
WAITING	等待状态
TIME_WAITING	超时等待状态，和等待状态不同的是，它可以在制定的时间自行返回
TERMINATED	终止状态，线程运行结束

线程转化过程如下：

在这里插入图片描述

创建线程一共有哪几种方法？ * * *

继承Thread类创建线程
实现Runnable接口创建线程
使用Callable和Future创建线程
使用线程池例如用Executor框架

继承Thread类创建线程，首先继承Thread类，重写run()方法，在main()函数中调用子类实实例的start()方法。

public class ThreadDemo extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run()方法正在执行");
    }

}
复制代码

public class TheadTest {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadDemo threadDemo = new ThreadDemo(); 	
        threadDemo.start();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " main()方法执行结束");
    }

}
复制代码

输出结果：

main main()方法执行结束
Thread-0 run()方法正在执行
复制代码

**实现Runnable接口创建线程：**首先创建实现Runnable接口的类RunnableDemo，重写run()方法；创建类RunnableDemo的实例对象runnableDemo，以runnableDemo作为参数创建Thread对象，调用Thread对象的start()方法。

public class RunnableDemo implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run()方法执行中");
    }

}
复制代码

public class RunnableTest {
    public static void main(String[] args) {
        RunnableDemo  runnableDemo = new RunnableDemo ();
        Thread thread = new Thread(runnableDemo);
        thread.start();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " main()方法执行完成");
}
复制代码

输出结果：

main main()方法执行完成
Thread-0 run()方法执行中
复制代码

使用Callable和Future创建线程： 1. 创建Callable接口的实现类CallableDemo，重写call()方法。2. 以类CallableDemo的实例化对象作为参数创建FutureTask对象。3. 以FutureTask对象作为参数创建Thread对象。4. 调用Thread对象的start()方法。

class CallableDemo implements Callable<Integer> {

    @Override
    public Integer call() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " call()方法执行中");
        return 0;
    }

}

 class CallableTest {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(new CallableDemo());
        Thread thread = new Thread(futureTask);
        thread.start();
        System.out.println("返回结果 " + futureTask.get());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " main()方法执行完成");
    }

}
复制代码

输出结果：

Thread-0 call()方法执行中
返回结果 0
main main()方法执行完成
复制代码

使用线程池例如用Executor框架： Executors可提供四种线程池，分别为：

newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序执行。

下面以创建一个定长线程池为例进行说明，

class ThreadDemo extends Thread {

    @Override

    public void run() {

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在执行");

    }

}

class TestFixedThreadPool {

        public static void main(String[] args) {

        //创建一个可重用固定线程数的线程池

        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);

        //创建实现了Runnable接口对象，Thread对象当然也实现了Runnable接口

        Thread t1 = new ThreadDemo();

        Thread t2 = new ThreadDemo();

        Thread t3 = new ThreadDemo();

        Thread t4 = new ThreadDemo();

        Thread t5 = new ThreadDemo();

        //将线程放入池中进行执行

        pool.execute(t1);

        pool.execute(t2);

        pool.execute(t3);

        pool.execute(t4);

        pool.execute(t5);

        //关闭线程池

        pool.shutdown();

        }

        }
复制代码

输出结果：

pool-1-thread-2正在执行
pool-1-thread-1正在执行
pool-1-thread-1正在执行
pool-1-thread-2正在执行
pool-1-thread-1正在执行
复制代码

runnable 和 callable 有什么区别？ * * *

相同点：

两者都是接口
两者都需要调用Thread.start启动线程

不同点：

callable的核心是call()方法，允许返回值，runnable的核心是run()方法，没有返回值
call()方法可以抛出异常，但是run()方法不行
callable和runnable都可以应用于executors，thread类只支持runnable

线程的run()和start()有什么区别？ * * *

线程是通过Thread对象所对应的方法run()来完成其操作的，而线程的启动是通过start()方法执行的。
run()方法可以重复调用，start()方法只能调用一次

为什么调用start()方法时会执行run()方法，而不直接执行run()方法？ * * *

start()方法来启动线程，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而直接继续执行下面的代码。通过调用Thread类的 start()方法来启动一个线程，这时此线程处于就绪（可运行）状态，并没有运行，一旦得到cpu时间片，就开始执行run()方法，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，此线程随即终止。

run()方法只是类的一个普通方法而已，如果直接调用run方法，程序中依然只有主线程这一个线程，其程序执行路径还是只有一条，还是要顺序执行，还是要等待run()方法体执行完毕后才可继续执行下面的代码，这样就没有达到写线程的目的。

调用start()方法可以开启一个线程，而run()方法只是thread类中的一个普通方法，直接调用run()方法还是在主线程中执行的。

线程同步和线程调度相关的方法问题

线程同步以及线程调度相关的方法有哪些？ * * *

wait()：使一个线程处于等待（阻塞）状态，并且释放所持有的对象的锁；
sleep()：使当前线程进入指定毫秒数的休眠，暂停执行，需要处理InterruptedException。
notify()：唤醒一个处于等待状态的线程，当然在调用此方法的时候，并不能确切的唤醒某一个等待状态的线程，而是由 JVM 确定唤醒哪个线程，而且与优先级无关。
notifyAll()：唤醒所有处于等待状态的线程，该方法并不是将对象的锁给所有线程，而是让它们竞争，只有获得锁的线程才能进入就绪状态。
jion()：与sleep()方法一样，是一个可中断的方法，在一个线程中调用另一个线程的join()方法，会使得当前的线程挂起，知直到执行join()方法的线程结束。例如在B线程中调用A线程的join()方法，B线程进入阻塞状态，直到A线程结束或者到达指定的时间。
yield()：提醒调度器愿意放弃当前的CPU资源，使得当前线程从RUNNING状态切换到RUNABLE状态。

线程的sleep()方法和yield()方法有什么不同？ * * *

sleep()方法会使得当前线程暂停指定的时间，没有消耗CPU时间片。
sleep()使得线程进入到阻塞状态，yield()只是对CPU进行提示，如果CPU没有忽略这个提示，会使得线程上下文的切换，进入到就绪状态。
sleep()一定会完成给定的休眠时间，yield()不一定能完成。
sleep()需要抛出InterruptedException，而yield()方法无需抛出异常。

sleep()方法和wait()方法的区别？ * * *

相同点：

wait()方法和sleep()方法都可以使得线程进入到阻塞状态。
wait()和sleep()方法都是可中断方法，被中断后都会收到中断异常。

不同点：

wait()是Object的方法，sleep()是Thread的方法。
wait()必须在同步方法中进行，sleep()方法不需要。
线程在同步方法中执行sleep()方法，不会释放monitor的锁，而wait()方法会释放monitor的锁。
sleep()方法在短暂的休眠之后会主动退出阻塞，而wait()方法在没有指定wait时间的情况下需要被其他线程中断才可以退出阻塞。

wait()方法一般在循环块中使用还是if块中使用？ * * *

在JDK官方文档中明确要求了要在循环中使用，否则可能出现虚假唤醒的可能。官方文档中给出的代码示例如下：

synchronized(obj){
    while(<condition does not hold>){
         obj.wait();
    }
    //满足while中的条件后执行业务逻辑
}
复制代码

如果讲while换成if，

synchronized(obj){
    if(<condition does not hold>){
         obj.wait();
    }
    //满足while中的条件后执行业务逻辑
}
复制代码

当线程被唤醒后，可能if()中的条件已经不满足了，出现虚假唤醒。

线程通信的方法有哪些？ * * *

锁与同步
wait()/notify()或notifyAll()
信号量
管道

为什么wait()、notify()、notifyAll()被定义在Object类中而不是在Thread类中？ * *

因为这些方法在操作同步线程时，都必须要标识他们操作线程的锁，只有同一个锁上的被等待线程，可以被同一个锁上的notify()或notifyAll()唤醒，不可以对不同锁中的线程进行唤醒，也就是说等待和唤醒必须是同一锁。而锁可以是任意对象，所以可以被任意对象调用的方法是定义在Object类中。

如果把wait()、notify()、notifyAll()定义在Thread类中，则会出现一些难以解决的问题，例如如何让一个线程可以持有多把锁？如何确定线程等待的是哪把锁？既然是当前线程去等待某个对象的锁，则应通过操作对象来实现而不是操作线程，而Object类是所有对象的父类，所以将这三种方法定义在Object类中最合适。

为什么wait()，notify()和notifyAll()必须在同步方法或者同步块中被调用？ * *

因为wait()暂停的是持有锁的对象，notify()或notifyAll()唤醒的是等待锁的对象。所以wait()、notify()、notifyAll()都需要线程持有锁的对象，进而需要在同步方法或者同步块中被调用。

为什么Thread类的sleep()和yield()方法是静态的？ *

sleep()和yield()都是需要正在执行的线程调用的，那些本来就阻塞或者等待的线程调用这个方法是无意义的，所以这两个方法是静态的。

如何停止一个正在运行的线程？ * *

中断：Interrupt方法中断线程
使用volatile boolean标志位停止线程：在线程中设置一个boolean标志位，同时用volatile修饰保证可见性，在线程里不断地读取这个值，其他地方可以修改这个boolean值。
使用stop()方法停止线程，但该方法已经被废弃。因为这样线程不能在停止前保存数据，会出现数据完整性问题。