史上最全的并發(fā)編程面試題小結

1.什么是活鎖、饑餓、無鎖、死鎖?
死鎖、活鎖、饑餓是關于多線程是否活躍出現(xiàn)的運行阻塞障礙問題,如果線程出現(xiàn) 了這三種情況,即線程不再活躍,不能再正常地執(zhí)行下去了。
死鎖
死鎖是多線程中最差的一種情況,多個線程相互占用對方的資源的鎖,而又相互等 對方釋放鎖,此時若無外力干預,這些線程則一直處理阻塞的假死狀態(tài),形成死鎖。
舉個例子,A 同學搶了 B 同學的鋼筆,B 同學搶了 A 同學的書,兩個人都相互占 用對方的東西,都在讓對方先還給自己自己再還,這樣一直爭執(zhí)下去等待對方還而 又得不到解決,
老師知道此事后就讓他們相互還給對方,這樣在外力的干預下他們 才解決,當然這只是個例子沒有老師他們也能很好解決,計算機不像人如果發(fā)現(xiàn)這 種情況沒有外力干預還是會一直阻塞下去的。
活鎖
活鎖這個概念大家應該很少有人聽說或理解它的概念,而在多線程中這確實存在。
活鎖恰恰與死鎖相反,死鎖是大家都拿不到資源都占用著對方的資源,而活鎖是拿 到資源卻又相互釋放不執(zhí)行。
當多線程中出現(xiàn)了相互謙讓,都主動將資源釋放給別 的線程使用,這樣這個資源在多個線程之間跳動而又得不到執(zhí)行,這就是活鎖。
饑餓
我們知道多線程執(zhí)行中有線程優(yōu)先級這個東西,優(yōu)先級高的線程能夠插隊并優(yōu)先執(zhí) 行,這樣如果優(yōu)先級高的線程一直搶占優(yōu)先級低線程的資源,導致低優(yōu)先級線程無 法得到執(zhí)行,這就是饑餓。
當然還有一種饑餓的情況,一個線程一直占著一個資源 不放而導致其他線程得不到執(zhí)行,與死鎖不同的是饑餓在以后一段時間內還是能夠 得到執(zhí)行的,如那個占用資源的線程結束了并釋放了資源。
無鎖
無鎖,即沒有對資源進行鎖定,即所有的線程都能訪問并修改同一個資源,但同時 只有一個線程能修改成功。
無鎖典型的特點就是一個修改操作在一個循環(huán)內進行, 線程會不斷的嘗試修改共享資源,如果沒有沖突就修改成功并退出否則就會繼續(xù)下 一次循環(huán)嘗試。
所以,如果有多個線程修改同一個值必定會有一個線程能修改成功, 而其他修改失敗的線程會不斷重試直到修改成功。之前的文章我介紹過 JDK 的 CAS 原理及應用即是無鎖的實現(xiàn)。
可以看出,無鎖是一種非常良好的設計,它不會出現(xiàn)線程出現(xiàn)的跳躍性問題,鎖使 用不當肯定會出現(xiàn)系統(tǒng)性能問題,雖然無鎖無法全面代替有鎖,但無鎖在某些場合 下是非常高效的。
2.線程和進程的區(qū)別是什么?
進程和線程的主要差別在于它們是不同的操作系統(tǒng)資源管理方式。進程有獨立的地 址空間,一個進程崩潰后,在保護模式下不會對其它進程產生影響,而線程只是一 個進程中的不同執(zhí)行路徑。
線程有自己的堆棧和局部變量,但線程之間沒有單獨的 地址空間,一個線程死掉就等于整個進程死掉,所以多進程的程序要比多線程的程序健壯,但在進程切換時,耗費資源較大,效率要差一些。
但對于一些要求同時進行并且又要共享某些變量的并發(fā)操作,只能用線程,不能用進程。
3.Java 實現(xiàn)線程有哪幾種方式?
(1)繼承 Thread 類實現(xiàn)多線程
(2)實現(xiàn) Runnable 接口方式實現(xiàn)多線程
(3)使用 ExecutorService、Callable、Future 實現(xiàn)有返回結果的多線程
(4)通過線程池創(chuàng)建線程
4.啟動線程方法 start()和 run()有什么區(qū)別?
只有調用了 start()方法,才會表現(xiàn)出多線程的特性,不同線程的 run()方法里面的代碼交替執(zhí)行。如果只是調用 run()方法,那么代碼還是同步執(zhí)行的,必須等待一個線程的 run()方法里面的代碼全部執(zhí)行完畢之后,另外一個線程才可以執(zhí)行其 run() 方法里面的代碼。
5.怎么終止一個線程?如何優(yōu)雅地終止線程?
stop 終止,不推薦。
6.一個線程的生命周期有哪幾種狀態(tài)?它們之間如何流轉的?
NEW:毫無疑問表示的是剛創(chuàng)建的線程,還沒有開始啟動。
RUNNABLE: 表示線程已經觸發(fā) start()方式調用,線程正式啟動,線程處于運行中 狀態(tài)。
BLOCKED:表示線程阻塞,等待獲取鎖,如碰到 synchronized、lock 等關鍵字等占用臨界區(qū)的情況,一旦獲取到鎖就進行 RUNNABLE 狀態(tài)繼續(xù)運行。
WAITING:表示線程處于無限制等待狀態(tài),等待一個特殊的事件來重新喚醒,如 通過wait()方法進行等待的線程等待一個 notify()或者 notifyAll()方法,通過 join()方 法進行等待的線程等待目標線程運行結束而喚醒,一旦通過相關事件喚醒線程,線 程就進入了 RUNNABLE 狀態(tài)繼續(xù)運行。
TIMED_WAITING:表示線程進入了一個有時限的等待,如 sleep(3000),等待 3 秒 后線程重新進行 RUNNABLE 狀態(tài)繼續(xù)運行。
TERMINATED:表示線程執(zhí)行完畢后,進行終止狀態(tài)。需要注意的是,一旦線程通過start 方法啟動后就再也不能回到初始 NEW 狀態(tài),線程終止后也不能再回到 RUNNABLE 狀態(tài) 。
7.線程中的 wait()和 sleep()方法有什么區(qū)別?
這個問題常問,sleep 方法和 wait 方法都可以用來放棄 CPU 一定的時間,不同點在于如果線程持有某個對象的監(jiān)視器,sleep 方法不會放棄這個對象的監(jiān)視器,wait 方法會放棄這個對象的監(jiān)視器。
8.多線程同步有哪幾種方法?
Synchronized 關鍵字,Lock 鎖實現(xiàn),分布式鎖等。
9.多線程有什么用?
1)發(fā)揮多核CPU的優(yōu)勢
隨著工業(yè)的進步,現(xiàn)在的筆記本、臺式機乃至商用的應用服務器至少也都是雙核的 ,4 核、8 核甚至 16 核的也都不少見,如果是單線程的程序,那么在雙核 CPU 上 就浪費了 50%, 在 4 核 CPU 上就浪費了 75%。
單核 CPU 上所謂的"多線程"那是 假的多線程,同一時間處理器只會處理一段邏輯,只不過線程之間切換得比較快, 看著像多個線程"同時"運行罷了。
多核 CPU 上的多線程才是真正的多線程,它能 讓你的多段邏輯同時工作,多線程,可以真正發(fā)揮出多核CPU 的優(yōu)勢來,達到充 分利用CPU 的目的。
2)防止阻塞
從程序運行效率的角度來看,單核 CPU 不但不會發(fā)揮出多線程的優(yōu)勢,反而會因 為在單核CPU 上運行多線程導致線程上下文的切換,而降低程序整體的效率。
但 是單核 CPU 我們還是要應用多線程,就是為了防止阻塞。試想,如果單核 CPU 使 用單線程,那么只要這個線程阻塞了,比方說遠程讀取某個數據吧,對端遲遲未返 回又沒有設置超時時間,那么你的整個程序在數據返回回來之前就停止運行了。
多線程可以防止這個問題,多條線程同時運行,哪怕一條線程的代碼執(zhí)行讀取數據阻 塞,也不會影響其它任務的執(zhí)行。
3)便于建模
這是另外一個沒有這么明顯的優(yōu)點了。假設有一個大的任務 A,單線程編程,那么 就要考慮很多,建立整個程序模型比較麻煩。但是如果把這個大的任務 A 分解成 幾個小任務,任務B、任務 C、任務 D,分別建立程序模型,并通過多線程分別運 行這幾個任務,那就簡單很多了。
10.多線程之間如何進行通信?
wait/notify
11、線程怎樣拿到返回結果?
實現(xiàn)Callable 接口。
12、violatile 關鍵字的作用?
一個非常重要的問題,是每個學習、應用多線程的 Java 程序員都必須掌握的。理 解 volatile關鍵字的作用的前提是要理解 Java 內存模型,這里就不講 Java 內存模型 了,可以參見第31 點,volatile 關鍵字的作用主要有兩個:
1)多線程主要圍繞可見性和原子性兩個特性而展開,使用 volatile 關鍵字修飾的變 量,保證了其在多線程之間的可見性,即每次讀取到 volatile 變量,一定是最新的數據。
2)代碼底層執(zhí)行不像我們看到的高級語言----Java 程序這么簡單,它的執(zhí)行是 Java 代碼–>字節(jié)碼–>根據字節(jié)碼執(zhí)行對應的 C/C++代碼–>C/C++代碼被編譯成匯編語 言–>和硬件電路交互,現(xiàn)實中,為了獲取更好的性能 JVM 可能會對指令進行重排序,多線程下可能會出現(xiàn)一些意想不到的問題。
使用 volatile 則會對禁止語義重排 序,當然這也一定程度上降低了代碼執(zhí)行效率從實踐角度而言,volatile 的一個重 要 作 用 就 是 和 CAS 結 合。
13、新建 T1、T2、T3 三個線程,如何保證它們按順序執(zhí)行?
用 join 方法。
14、怎么控制同一時間只有 3 個線程運行?
用 Semaphore。
15、為什么要使用線程池?
我們知道不用線程池的話,每個線程都要通過 new Thread(xxRunnable).start()的方 式來創(chuàng)建并運行一個線程,線程少的話這不會是問題。
而真實環(huán)境可能會開啟多個線程讓系統(tǒng)和程序達到最佳效率,當線程數達到一定數量就會耗盡系統(tǒng)的 CPU 和 內存資源,也會造成 GC頻繁收集和停頓,因為每次創(chuàng)建和銷毀一個線程都是要消 耗系統(tǒng)資源的。
如果為每個任務都創(chuàng)建線程這無疑是一個很大的性能瓶頸。所以, 線程池中的線程復用極大節(jié)省了系統(tǒng)資源,當線程一段時間不再有任務處理時它也 會自動銷毀,而不會長駐內存。
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