前言:这是一个基本涵盖Java初中级大部分核心知识点的面试题集,包含了Java基础、容器、多线程、Spring、SpringBoot、MyBatis、Linux、MySQL、Redis、MongoDB、网络协议、JVM等方向。所有题目都是我亲自整理的。
因为无法生成自动跳转的目录,同时我也按照分类汇总整理成了PDF版,排版上相比更加整齐并且带有书签 阅读起来也比较方便全部。前前后后花费半个月的时间,共计24W字。
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1. 多线程有什么用?
一个可能在很多人看来很扯淡的一个问题:我会用多线程就好了,还管它有什么用?在我看来,这个回答更扯淡。所谓"知其然知其所以然","会用"只是"知其然","为什么用"才是"知其所以然",只有达到"知其然知其所以然"的程度才可以说是把一个知识点运用自如。OK,下面说说我对这个问题的看法:
1、发挥多核CPU的优势
随着工业的进步,现在的笔记本、台式机乃至商用的应用服务器至少也都是双核的,4核、8核甚至16核的也都不少见,如果是单线程的程序,那么在双核CPU上就浪费了50%,在4核CPU上就浪费了75%。单核CPU上所谓的"多线程"那是假的多线程,同一时间处理器只会处理一段逻辑,只不过线程之间切换得比较快,看着像多个线程"同时"运行罢了。多核CPU上的多线程才是真正的多线程,它能让你的多段逻辑同时工作,多线程,可以真正发挥出多核CPU的优势来,达到充分利用CPU的目的。
2、防止阻塞
从程序运行效率的角度来看,单核CPU不但不会发挥出多线程的优势,反而会因为在单核CPU上运行多线程导致线程上下文的切换,而降低程序整体的效率。但是单核CPU我们还是要应用多线程,就是为了防止阻塞。试想,如果单核CPU使用单线程,那么只要这个线程阻塞了,比方说远程读取某个数据吧,对端迟迟未返回又没有设置超时时间,那么你的整个程序在数据返回回来之前就停止运行了。多线程可以防止这个问题,多条线程同时运行,哪怕一条线程的代码执行读取数据阻塞,也不会影响其它任务的执行。
3、便于建模
这是另外一个没有这么明显的优点了。假设有一个大的任务A,单线程编程,那么就要考虑很多,建立整个程序模型比较麻烦。但是如果把这个大的任务A分解成几个小任务,任务B、任务C、任务D,分别建立程序模型,并通过多线程分别运行这几个任务,那就简单很多了。
2. 多线程和单线程的区别和联系?
**1、**在单核 CPU 中,将 CPU 分为很小的时间片,在每一时刻只能有一个线程在执行,是一种微观上轮流占用 CPU 的机制。
**2、**多线程会存在线程上下文切换,会导致程序执行速度变慢,即采用一个拥有两个线程的进程执行所需要的时间比一个线程的进程执行两次所需要的时间要多一些。
结论:即采用多线程不会提高程序的执行速度,反而会降低速度,但是对于用户来说,可以减少用户的响应时间。
3. 简述线程、程序、进程的基本概念。以及他们之间关系是什么?
线程
与进程相似,但线程是一个比进程更小的执行单位。一个进程在其执行的过程中可以产生多个线程。与进程不同的是同类的多个线程共享同一块内存空间和一组系统资源,所以系统在产生一个线程,或是在各个线程之间作切换工作时,负担要比进程小得多,也正因为如此,线程也被称为轻量级进程。
程序
是含有指令和数据的文件,被存储在磁盘或其他的数据存储设备中,也就是说程序是静态的代码。
进程
是程序的一次执行过程,是系统运行程序的基本单位,因此进程是动态的。系统运行一个程序即是一个进程从创建,运行到消亡的过程。简单来说,一个进程就是一个执行中的程序,它在计算机中一个指令接着一个指令地执行着,同时,每个进程还占有某些系统资源如 CPU 时间,内存空间,文件,输入输出设备的使用权等等。换句话说,当程序在执行时,将会被操作系统载入内存中。 线程是进程划分成的更小的运行单位。线程和进程最大的不同在于基本上各进程是独立的,而各线程则不一定,因为同一进程中的线程极有可能会相互影响。从另一角度来说,进程属于操作系统的范畴,主要是同一段时间内,可以同时执行一个以上的程序,而线程则是在同一程序内几乎同时执行一个以上的程序段。
4. 线程的创建方式
方法一:继承Thread类,作为线程对象存在(继承Thread对象)
public class CreatThreadDemo1 extends Thread{
/**
* 构造方法: 继承父类方法的Thread(String name);方法
* @param name
*/
public CreatThreadDemo1(String name){
super(name);
}
@Override
public void run() {
while (!interrupted()){
System.out.println(getName()+"线程执行了...");
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
CreatThreadDemo1 d1 = new CreatThreadDemo1("first");
CreatThreadDemo1 d2 = new CreatThreadDemo1("second");
d1.start();
d2.start();
d1.interrupt(); //中断第一个线程
}
}
常规方法,不多做介绍了,interrupted方法,是来判断该线程是否被中断。(终止线程不允许用stop方法,该方法不会施放占用的资源。所以我们在设计程序的时候,要按照中断线程的思维去设计,就像上面的代码一样)。
让线程等待的方法
- Thread.sleep(200); //线程休息2ms
- Object.wait(); //让线程进入等待,直到调用Object的notify或者notifyAll时,线程停止休眠
方法二:实现runnable接口,作为线程任务存在
public class CreatThreadDemo2 implements Runnable {
@Override
public void run() {
while (true){
System.out.println("线程执行了...");
}
}
public static void main(String[] args) {
//将线程任务传给线程对象
Thread thread = new Thread(new CreatThreadDemo2());
//启动线程
thread.start();
}
}
Runnable 只是来修饰线程所执行的任务,它不是一个线程对象。想要启动Runnable对象,必须将它放到一个线程对象里。
方法三:匿名内部类创建线程对象
public class CreatThreadDemo3 extends Thread{
public static void main(String[] args) {
//创建无参线程对象
new Thread(){
@Override
public void run() {
System.out.println("线程执行了...");
}
}.start();
//创建带线程任务的线程对象
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("线程执行了...");
}
}).start();
//创建带线程任务并且重写run方法的线程对象
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("runnable run 线程执行了...");
}
}){
@Override
public void run() {
System.out.println("override run 线程执行了...");
}
}.start();
}
}
创建带线程任务并且重写run方法的线程对象中,为什么只运行了Thread的run方法。我们看看Thread类的源码,
我们可以看到Thread实现了Runnable接口,而Runnable接口里有一个run方法。 所以,我们最终调用的重写的方法应该是Thread类的run方法。而不是Runnable接口的run方法。
方法四:创建带返回值的线程
public class CreatThreadDemo4 implements Callable {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
CreatThreadDemo4 demo4 = new CreatThreadDemo4();
FutureTask<Integer> task = new FutureTask<Integer>(demo4); //FutureTask最终实现的是runnable接口
Thread thread = new Thread(task);
thread.start();
System.out.println("我可以在这里做点别的业务逻辑...因为FutureTask是提前完成任务");
//拿出线程执行的返回值
Integer result = task.get();
System.out.println("线程中运算的结果为:"+result);
}
//重写Callable接口的call方法
@Override
public Object call() throws Exception {
int result = 1;
System.out.println("业务逻辑计算中...");
Thread.sleep(3000);
return result;
}
}
Callable接口介绍:
public interface Callable<V> {
/**
* Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
*
* @return computed result
* @throws Exception if unable to compute a result
*/
V call() throws Exception;
}
返回指定泛型的call方法。然后调用FutureTask对象的get方法得道call方法的返回值。
方法五:定时器Timer
public class CreatThreadDemo5 {
public static void main(String[] args) {
Timer timer = new Timer();
timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
System.out.println("定时器线程执行了...");
}
},0,1000); //延迟0,周期1s
}
}
方法六:线程池创建线程
public class CreatThreadDemo6 {
public static void main(String[] args) {
//创建一个具有10个线程的线程池
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
long threadpoolUseTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0;i<10;i++){
threadPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程执行了...");
}
});
}
long threadpoolUseTime1 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("多线程用时"+(threadpoolUseTime1-threadpoolUseTime));
//销毁线程池
threadPool.shutdown();
threadpoolUseTime = System.currentTimeMillis();
}
}
方法七:利用java8新特性 stream 实现并发
5. 线程有哪些基本状态?
Java 线程在运行的生命周期中的指定时刻只可能处于下面6种不同状态的其中一个状态(图源《Java 并发编程艺术》
线程在生命周期中并不是固定处于某一个状态而是随着代码的执行在不同状态之间切换。Java 线程状态变迁如下图所示(图源《Java 并发编程艺术》4.1.4节):
操作系统隐藏 Java虚拟机(JVM)中的 RUNNABLE 和 RUNNING 状态,它只能看到 RUNNABLE 状态(图源:HowToDoInJava:Java Thread Life Cycle and Thread States),所以 Java 系统一般将这两个状态统称为 RUNNABLE(运行中) 状态 。
“ 操作系统隐藏 Java虚拟机(JVM)中的 RUNNABLE 和 RUNNING 状态,它只能看到 RUNNABLE 状态(图源:HowToDoInJava:),所以 Java 系统一般将这两个状态统称为 RUNNABLE(运行中) 状态 。
”
当线程执行 wait()
方法之后,线程进入 **WAITING(等待)**状态。进入等待状态的线程需要依靠其他线程的通知才能够返回到运行状态,而 TIME_WAITING(超时等待) 状态相当于在等待状态的基础上增加了超时限制,比如通过 sleep(long millis)
方法或 wait(long millis)
方法可以将 Java 线程置于 TIMED WAITING 状态。当超时时间到达后 Java 线程将会返回到 RUNNABLE 状态。当线程调用同步方法时,在没有获取到锁的情况下,线程将会进入到 BLOCKED(阻塞) 状态。线程在执行 Runnable 的run()
方法之后将会进入到 TERMINATED(终止) 状态。
6. 如何停止一个正在运行的线程
1、使用退出标志,使线程正常退出,也就是当run方法完成后线程终止。
2、使用stop方法强行终止,但是不推荐这个方法,因为stop和suspend及resume一样都是过期作废的方法。
3、使用interrupt方法中断线程。
class MyThread extends Thread {
volatile boolean stop = false;
public void run() {
while (!stop) {
System.out.println(getName() + " is running");
try {
sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("week up from blcok...");
stop = true; // 在异常处理代码中修改共享变量的状态
}
}
System.out.println(getName() + " is exiting...");
}
}
class InterruptThreadDemo3 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
MyThread m1 = new MyThread();
System.out.println("Starting thread...");
m1.start();
Thread.sleep(3000);
System.out.println("Interrupt thread...: " + m1.getName());
m1.stop = true; // 设置共享变量为true
m1.interrupt(); // 阻塞时退出阻塞状态
Thread.sleep(3000); // 主线程休眠3秒以便观察线程m1的中断情况
System.out.println("Stopping application...");
}
}
7. start()方法和run()方法的区别
只有调用了start()方法,才会表现出多线程的特性,不同线程的run()方法里面的代码交替执行。
如果只是调用run()方法,那么代码还是同步执行的,必须等待一个线程的run()方法里面的代码全部执行完毕之后,另外一个线程才可以执行其run()方法里面的代码。
8. 为什么我们调用start()方法时会执行run()方法,为什么我们不能直接调用run()方法?
看看Thread的start方法说明哈~
/** * Causes this thread to begin execution; the Java Virtual Machine * calls the <code>run</code> method of this thread. * <p> * The result is that two threads are running concurrently: the * current thread (which returns from the call to the * <code>start</code> method) and the other thread (which executes its * <code>run</code> method). * <p> * It is never legal to start a thread more than once. * In particular, a thread may not be restarted once it has completed * execution. * * @exception IllegalThreadStateException if the thread was already * started. * @see #run() * @see #stop() */ public synchronized void start() { ...... }
JVM执行start方法,会另起一条线程执行thread的run方法,这才起到多线程的效果~ **「为什么我们不能直接调用run()方法?」**如果直接调用Thread的run()方法,其方法还是运行在主线程中,没有起到多线程效果。
9. Runnable接口和Callable接口的区别
有点深的问题了,也看出一个Java程序员学习知识的广度。
**1、**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;
**2、**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。
这其实是很有用的一个特性,因为多线程相比单线程更难、更复杂的一个重要原因就是因为多线程充满着未知性,某条线程是否执行了?某条线程执行了多久?某条线程执行的时候我们期望的数据是否已经赋值完毕?无法得知,我们能做的只是等待这条多线程的任务执行完毕而已。而Callable+Future/FutureTask却可以获取多线程运行的结果,可以在等待时间太长没获取到需要的数据的情况下取消该线程的任务,真的是非常有用。
10. 什么是线程安全?
线程安全就是说多线程访问同一代码,不会产生不确定的结果。
在多线程环境中,当各线程不共享数据的时候,即都是私有(private)成员,那么一定是线程安全的。但这种情况并不多见,在多数情况下需要共享数据,这时就需要进行适当的同步控制了。
线程安全一般都涉及到synchronized, 就是一段代码同时只能有一个线程来操作 不然中间过程可能会产生不可预制的结果。
如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。
11. 线程的状态转换?
**1、新建状态(New):**新创建了一个线程对象。
**2、就绪状态(Runnable):**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,变得可运行,等待获取CPU的使用权。
**3、运行状态(Running):**就绪状态的线程获取了CPU,执行程序代码。
**4、阻塞状态(Blocked):**阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权,暂时停止运行。直到线程进入就绪状态,才有机会转到运行状态。
阻塞的情况分三种:
(一)、等待阻塞:运行的线程执行wait()方法,JVM会把该线程放入等待池中。(wait会释放持有的锁)
(二)、同步阻塞:运行的线程在获取对象的同步锁时,若该同步锁被别的线程占用,则JVM会把该线程放入锁池中。
(三)、其他阻塞:运行的线程执行sleep()或join()方法,或者发出了I/O请求时,JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时,线程重新转入就绪状态。(注意,sleep是不会释放持有的锁)
**5、死亡状态(Dead):**线程执行完了或者因异常退出了run()方法,该线程结束生命周期。
12. 在多线程中,什么是上下文切换(context-switching)?
单核CPU也支持多线程执行代码,CPU通过给每个线程分配CPU时间片来实现这个机制。时间片是CPU分配给各个线程的时间,因为时间片非常短,所以CPU通过不停地切换线程执行,让我们感觉多个线程时同时执行的,时间片一般是几十毫秒(ms)。
操作系统中,CPU时间分片切换到另一个就绪的线程,则需要保存当前线程的运行的位置,同时需要加载需要恢复线程的环境信息。
13. Java中堆和栈有什么不同?
栈:在函数中定义的基本类型的变量和对象的引用变量都是在函数的栈内存中分配。
堆:堆内存用于存放由new创建的对象和数组。
从通俗化的角度来说,堆是用来存放对象的,栈是用来存放执行程序的
14. 如何确保线程安全?
- 对非安全的代码进行加锁控制
- 使用线程安全的类
- 多线程并发情况下,线程共享的变量改为方法级的局部变量
15. 什么是竞态条件?你怎样发现和解决竞争?
当两个线程竞争同一资源时,如果对资源的访问顺序敏感,就称存在竞态条件。
在临界区中使用适当的同步就可以避免竞态条件。
界区实现方法有两种,一种是用synchronized,一种是用Lock显式锁实现。
16. 用户线程和守护线程有什么区别?
守护线程都是为JVM中所有非守护线程的运行提供便利服务: 只要当前JVM实例中尚存在任何一个非守护线程没有结束,守护线程就全部工作;只有当最后一个非守护线程结束时,守护线程随着JVM一同结束工作。
User和Daemon两者几乎没有区别,唯一的不同之处就在于虚拟机的离开:如果 User Thread已经全部退出运行了,只剩下Daemon Thread存在了,虚拟机也就退出了。
因为没有了被守护者,Daemon也就没有工作可做了,也就没有继续运行程序的必要了。
17. 如何创建守护线程?以及在什么场合来使用它?
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);true则把该线程设置为守护线程,反之则为用户线程。Thread.setDaemon()必须在Thread.start()之前调用,否则运行时会抛出异常。
守护线程相当于后台管理者 比如 : 进行内存回收,垃圾清理等工作
18. 线程安全的级别
不可变
不可变的对象一定是线程安全的,并且永远也不需要额外的同步。
“ Java类库中大多数基本数值类如Integer、String和BigInteger都是不可变的。
”
无条件的线程安全
由类的规格说明所规定的约束在对象被多个线程访问时仍然有效,不管运行时环境如何排列,线程都不需要任何额外的同步。
“ 如 Random 、ConcurrentHashMap、Concurrent集合、atomic
”
有条件的线程安全
有条件的线程安全类对于单独的操作可以是线程安全的,但是某些操作序列可能需要外部同步。
“ 有条件线程安全的最常见的例子是遍历由 Hashtable 或者 Vector 或者返回的迭代器
”
非线程安全(线程兼容)
线程兼容类不是线程安全的,但是可以通过正确使用同步而在并发环境中安全地使用。
“ 如ArrayList HashMap
”
线程对立
线程对立是那些不管是否采用了同步措施,都不能在多线程环境中并发使用的代码。
“ 如如System.setOut()、System.runFinalizersOnExit()
”
19. 你对线程优先级的理解是什么?
每一个线程都是有优先级的,一般来说,高优先级的线程在运行时会具有优先权,但这依赖于线程调度的实现,这个实现是和操作系统相关的(OSdependent)。
可以定义线程的优先级,但是这并不能保证高优先级的线程会在低优先级的线程前执行。线程优先级是一个int变量(从1-10),1代表最低优先级,10代表最高优先级。
20. 什么是线程调度器(Thread Scheduler)和时间分片(Time Slicing)?
线程调度器是一个操作系统服务,它负责为Runnable状态的线程分配CPU时间。一旦创建一个线程并启动它,它的执行便依赖于线程调度器的实现。
时间分片是指将可用的CPU时间分配给可用的Runnable线程的过程。分配CPU时间可以基于线程优先级或者线程等待的时间。
线程调度并不受到Java虚拟机控制,所以由应用程序来控制它是更好的选择。
21. volatile关键字的作用
一旦一个共享变量(类的成员变量、类的静态成员变量)被volatile修饰之后,那么就具备了两层语义:
- 保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性,即一个线程修改了某个变量的值,这新值对其他线程来说是立即可见的。
- 禁止进行指令重排序。
- 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,并不能保证原子性;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。
从实践角度而言,volatile的一个重要作用就是和CAS结合,保证了原子性,详细的可以参见java.util.concurrent.atomic
包下的类,比如AtomicInteger
。
22. volatile 变量和 atomic 变量有什么不同?
首先,volatile 变量和 atomic 变量看起来很像,但功能却不一样。
Volatile变量可以确保先行关系,即写操作会发生在后续的读操作之前, 但它并不能保证原子性。例如用volatile修饰count变量那么 count++ 操作就不是原子性的。
而AtomicInteger类提供的atomic方法可以让这种操作具有原子性如getAndIncrement()方法会原子性的进行增量操作把当前值加一,其它数据类型和引用变量也可以进行相似操作。
23. volatile 是什么?可以保证有序性吗?
一旦一个共享变量(类的成员变量、类的静态成员变量)被volatile修饰之后,那么就具备了两层语义:
1)保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性,即一个线程修改了某个变量的值,这新值对其他线程来说是立即可见的,volatile关键字会强制将修改的值立即写入主存。
2)禁止进行指令重排序。
volatile 不是原子性操作
什么叫保证部分有序性?
当程序执行到volatile变量的读操作或者写操作时,在其前面的操作的更改肯定全部已经进行,且结果已经对后面的操作可见;在其后面的操作肯定还没有进行;
x = 2; //语句1y = 0; //语句2flag = true; //语句3x = 4; //语句4y = -1; //语句5
由于flag变量为volatile变量,那么在进行指令重排序的过程的时候,不会将语句3放到语句1、语句2前面,也不会讲语句3放到语句4、语句5后面。但是要注意语句1和语句2的顺序、语句4和语句5的顺序是不作任何保证的。
使用 Volatile 一般用于 状态标记量 和 单例模式的双检锁
24. 什么是Java内存模型
Java内存模型定义了一种多线程访问Java内存的规范。Java内存模型要完整讲不是这里几句话能说清楚的,我简单总结一下Java内存模型的几部分内容:
**1、**Java内存模型将内存分为了主内存和工作内存。类的状态,也就是类之间共享的变量,是存储在主内存中的,每次Java线程用到这些主内存中的变量的时候,会读一次主内存中的变量,并让这些内存在自己的工作内存中有一份拷贝,运行自己线程代码的时候,用到这些变量,操作的都是自己工作内存中的那一份。在线程代码执行完毕之后,会将最新的值更新到主内存中去
**2、**定义了几个原子操作,用于操作主内存和工作内存中的变量
**3、**定义了volatile变量的使用规则
**4、**happens-before,即先行发生原则,定义了操作A必然先行发生于操作B的一些规则,比如在同一个线程内控制流前面的代码一定先行发生于控制流后面的代码、一个释放锁unlock的动作一定先行发生于后面对于同一个锁进行锁定lock的动作等等,只要符合这些规则,则不需要额外做同步措施,如果某段代码不符合所有的happens-before规则,则这段代码一定是线程非安全的
25. sleep方法和wait方法有什么区别
对于sleep()方法,我们首先要知道该方法是属于Thread类中的。而wait()方法,则是属于Object类中的。
sleep()方法导致了程序暂停执行指定的时间,让出cpu该其他线程,但是他的监控状态依然保持者,当指定的时间到了又会自动恢复运行状态。在调用sleep()方法的过程中,线程不会释放对象锁。
当调用wait()方法的时候,线程会放弃对象锁,进入等待此对象的等待锁定池,只有针对此对象调用notify()方法后本线程才进入对象锁定池准备,获取对象锁进入运行状态。
26. 线程的sleep()方法和yield()方法有什么区别?
① sleep()方法给其他线程运行机会时不考虑线程的优先级,因此会给低优先级的线程以运行的机会;yield()方法只会给相同优先级或更高优先级的线程以运行的机会;
② 线程执行sleep()方法后转入阻塞(blocked)状态,而执行yield()方法后转入就绪(ready)状态;
③ sleep()方法声明抛出InterruptedException,而yield()方法没有声明任何异常;
④ sleep()方法比yield()方法(跟操作系统CPU调度相关)具有更好的可移植性。
27. Thread.sleep(0)的作用是什么
由于Java采用抢占式的线程调度算法,因此可能会出现某条线程常常获取到CPU控制权的情况,为了让某些优先级比较低的线程也能获取到CPU控制权,可以使用Thread.sleep(0)手动触发一次操作系统分配时间片的操作,这也是平衡CPU控制权的一种操作。
28. 线程类的构造方法、静态块是被哪个线程调用的
这是一个非常刁钻和狡猾的问题。请记住:线程类的构造方法、静态块是被new这个线程类所在的线程所调用的,而run方法里面的代码才是被线程自身所调用的。
如果说上面的说法让你感到困惑,那么我举个例子,假设Thread2中new了Thread1,main函数中new了Thread2,那么:
**1、**Thread2的构造方法、静态块是main线程调用的,Thread2的run()方法是Thread2自己调用的
**2、**Thread1的构造方法、静态块是Thread2调用的,Thread1的run()方法是Thread1自己调用的
29. 在线程中你怎么处理不可控制异常?
在Java中有两种异常。
非运行时异常(Checked Exception):这种异常必须在方法声明的throws语句指定,或者在方法体内捕获。例如:IOException和ClassNotFoundException。
运行时异常(Unchecked Exception):这种异常不必在方法声明中指定,也不需要在方法体中捕获。例如,NumberFormatException。
因为run()方法不支持throws语句,所以当线程对象的run()方法抛出非运行异常时,我们必须捕获并且处理它们。当运行时异常从run()方法中抛出时,默认行为是在控制台输出堆栈记录并且退出程序。
好在,java提供给我们一种在线程对象里捕获和处理运行时异常的一种机制。实现用来处理运行时异常的类,这个类实现UncaughtExceptionHandler接口并且实现这个接口的uncaughtException()方法。示例:
package concurrency;import java.lang.Thread.UncaughtExceptionHandler;public class Main2 { public static void main(String[] args) { Task task = new Task(); Thread thread = new Thread(task); thread.setUncaughtExceptionHandler(new ExceptionHandler()); thread.start(); }}class Task implements Runnable{ @Override public void run() { int numero = Integer.parseInt("TTT"); }}class ExceptionHandler implements UncaughtExceptionHandler{ @Override public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) { System.out.printf("An exception has been captured\n"); System.out.printf("Thread: %s\n", t.getId()); System.out.printf("Exception: %s: %s\n", e.getClass().getName(),e.getMessage()); System.out.printf("Stack Trace: \n"); e.printStackTrace(System.out); System.out.printf("Thread status: %s\n",t.getState()); }}
当一个线程抛出了异常并且没有被捕获时(这种情况只可能是运行时异常),JVM检查这个线程是否被预置了未捕获异常处理器。如果找到,JVM将调用线程对象的这个方法,并将线程对象和异常作为传入参数。
Thread类还有另一个方法可以处理未捕获到的异常,即静态方法setDefaultUncaughtExceptionHandler()。这个方法在应用程序中为所有的线程对象创建了一个异常处理器。
当线程抛出一个未捕获到的异常时,JVM将为异常寻找以下三种可能的处理器。
- 首先,它查找线程对象的未捕获异常处理器。
- 如果找不到,JVM继续查找线程对象所在的线程组(ThreadGroup)的未捕获异常处理器。
- 如果还是找不到,如同本节所讲的,JVM将继续查找默认的未捕获异常处理器。
- 如果没有一个处理器存在,JVM则将堆栈异常记录打印到控制台,并退出程序。
30. 同步方法和同步块,哪个是更好的选择
同步块,这意味着同步块之外的代码是异步执行的,这比同步整个方法更提升代码的效率。请知道一条原则:同步的范围越小越好。
借着这一条,我额外提一点,虽说同步的范围越少越好,但是在Java虚拟机中还是存在着一种叫做锁粗化的优化方法,这种方法就是把同步范围变大。这是有用的,比方说StringBuffer,它是一个线程安全的类,自然最常用的append()方法是一个同步方法,我们写代码的时候会反复append字符串,这意味着要进行反复的加锁->解锁,这对性能不利,因为这意味着Java虚拟机在这条线程上要反复地在内核态和用户态之间进行切换,因此Java虚拟机会将多次append方法调用的代码进行一个锁粗化的操作,将多次的append的操作扩展到append方法的头尾,变成一个大的同步块,这样就减少了加锁-->解锁的次数,有效地提升了代码执行的效率。
31. 有三个线程T1,T2,T3,如何保证顺序执行?
在多线程中有多种方法让线程按特定顺序执行,你可以用线程类的join()方法在一个线程中启动另一个线程,另外一个线程完成该线程继续执行。为了确保三个线程的顺序你应该先启动最后一个(T3调用T2,T2调用T1),这样T1就会先完成而T3最后完成。
实际上先启动三个线程中哪一个都行, 因为在每个线程的run方法中用join方法限定了三个线程的执行顺序。
public class JoinTest2 { // 1.现在有T1、T2、T3三个线程,你怎样保证T2在T1执行完后执行,T3在T2执行完后执行 public static void main(String[] args) { final Thread t1 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("t1"); } }); final Thread t2 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { try { // 引用t1线程,等待t1线程执行完 t1.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("t2"); } }); Thread t3 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { try { // 引用t2线程,等待t2线程执行完 t2.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("t3"); } }); t3.start();//这里三个线程的启动顺序可以任意,大家可以试下! t2.start(); t1.start(); }}
32. 什么是CAS
CAS,全称为Compare and Swap,即比较-替换。
假设有三个操作数:内存值V、旧的预期值A、要修改的值B,当且仅当预期值A和内存值V相同时,才会将内存值修改为B并返回true,否则什么都不做并返回false。当然CAS一定要volatile变量配合,这样才能保证每次拿到的变量是主内存中最新的那个值,否则旧的预期值A对某条线程来说,永远是一个不会变的值A,只要某次CAS操作失败,永远都不可能成功。
33. CAS?CAS 有什么缺陷,如何解决?
“ CAS 涉及3个操作数,内存地址值V,预期原值A,新值B;如果内存位置的值V与预期原A值相匹配,就更新为新值B,否则不更新
”
CAS有什么缺陷?.
ABA 问题
并发环境下,假设初始条件是A,去修改数据时,发现是A就会执行修改。但是看到的虽然是A,中间可能发生了A变B,B又变回A的情况。此时A已经非彼A,数据即使成功修改,也可能有问题。
可以通过AtomicStampedReference**「解决ABA问题」**,它,一个带有标记的原子引用类,通过控制变量值的版本来保证CAS的正确性。
循环时间长开销
自旋CAS,如果一直循环执行,一直不成功,会给CPU带来非常大的执行开销。
很多时候,CAS思想体现,是有个自旋次数的,就是为了避开这个耗时问题~
只能保证一个变量的原子操作。
CAS 保证的是对一个变量执行操作的原子性,如果对多个变量操作时,CAS 目前无法直接保证操作的原子性的。
可以通过这两个方式解决这个问题:
- 使用互斥锁来保证原子性;
- 将多个变量封装成对象,通过AtomicReference来保证原子性。
34. 什么是AQS
简单说一下AQS,AQS全称为AbstractQueuedSychronizer,翻译过来应该是抽象队列同步器。
如果说java.util.concurrent的基础是CAS的话,那么AQS就是整个Java并发包的核心了,ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore等等都用到了它。
AQS实际上以双向队列的形式连接所有的Entry,比方说ReentrantLock,所有等待的线程都被放在一个Entry中并连成双向队列,前面一个线程使用ReentrantLock好了,则双向队列实际上的第一个Entry开始运行。
AQS定义了对双向队列所有的操作,而只开放了tryLock和tryRelease方法给开发者使用,开发者可以根据自己的实现重写tryLock和tryRelease方法,以实现自己的并发功能。
35. 线程池作用
(如果问到了这样的问题,可以展开的说一下线程池如何用、线程池的好处、线程池的启动策略)合理利用线程池能够带来三个好处。
第一:降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
第二:提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
第三:提高线程的可管理性。线程是稀缺资源,如果无限制的创建,不仅会消耗系统资源,还会降低系统的稳定性,使用线程池可以进行统一的分配,调优和监控。
36. ThreadLocal是什么
从名字我们就可以看到ThreadLocal叫做线程变量,意思是ThreadLocal中填充的变量属于当前线程,该变量对其他线程而言是隔离的。ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本,那么每个线程可以访问自己内部的副本变量。
从字面意思来看非常容易理解,但是从实际使用的角度来看,就没那么容易了,作为一个面试常问的点,使用场景那也是相当的丰富:
1、在进行对象跨层传递的时候,使用ThreadLocal可以避免多次传递,打破层次间的约束。
2、线程间数据隔离
3、进行事务操作,用于存储线程事务信息。
4、数据库连接,Session会话管理。
37. ThreadLocal有什么用
简单说ThreadLocal就是一种以空间换时间的做法,在每个Thread里面维护了一个以开地址法实现的ThreadLocal.ThreadLocalMap,把数据进行隔离,数据不共享,自然就没有线程安全方面的问题了
38. ThreadLocal原理,使用注意点,应用场景有哪些?
回答四个主要点:
- ThreadLocal是什么?
- ThreadLocal原理
- ThreadLocal使用注意点
- ThreadLocal的应用场景
ThreadLocal是什么?
ThreadLocal,即线程本地变量。如果你创建了一个ThreadLocal变量,那么访问这个变量的每个线程都会有这个变量的一个本地拷贝,多个线程操作这个变量的时候,实际是操作自己本地内存里面的变量,从而起到线程隔离的作用,避免了线程安全问题。
//创建一个ThreadLocal变量static ThreadLocal<String> localVariable = new ThreadLocal<>();
ThreadLocal原理
ThreadLocal内存结构图:
由结构图是可以看出:
- Thread对象中持有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap的成员变量。
- ThreadLocalMap内部维护了Entry数组,每个Entry代表一个完整的对象,key是ThreadLocal本身,value是ThreadLocal的泛型值。
对照着几段关键源码来看,更容易理解一点哈~
public class Thread implements Runnable { //ThreadLocal.ThreadLocalMap是Thread的属性 ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;}
ThreadLocal中的关键方法set()和get()
public void set(T value) { Thread t = Thread.currentThread(); //获取当前线程t ThreadLocalMap map = getMap(t); //根据当前线程获取到ThreadLocalMap if (map != null) map.set(this, value); //K,V设置到ThreadLocalMap中 else createMap(t, value); //创建一个新的ThreadLocalMap } public T get() { Thread t = Thread.currentThread();//获取当前线程t ThreadLocalMap map = getMap(t);//根据当前线程获取到ThreadLocalMap if (map != null) { //由this(即ThreadLoca对象)得到对应的Value,即ThreadLocal的泛型值 ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); if (e != null) { @SuppressWarnings("unchecked") T result = (T)e.value; return result; } } return setInitialValue(); }
ThreadLocalMap的Entry数组
static class ThreadLocalMap { static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> { /** The value associated with this ThreadLocal. */ Object value; Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) { super(k); value = v; } }}
所以怎么回答**「ThreadLocal的实现原理」**?如下,最好是能结合以上结构图一起说明哈~
- Thread类有一个类型为ThreadLocal.ThreadLocalMap的实例变量threadLocals,即每个线程都有一个属于自己的ThreadLocalMap。
- ThreadLocalMap内部维护着Entry数组,每个Entry代表一个完整的对象,key是ThreadLocal本身,value是ThreadLocal的泛型值。
- 每个线程在往ThreadLocal里设置值的时候,都是往自己的ThreadLocalMap里存,读也是以某个ThreadLocal作为引用,在自己的map里找对应的key,从而实现了线程隔离。
ThreadLocal 内存泄露问题
先看看一下的TreadLocal的引用示意图哈,
ThreadLocalMap中使用的 key 为 ThreadLocal 的弱引用,如下
“ 弱引用:只要垃圾回收机制一运行,不管JVM的内存空间是否充足,都会回收该对象占用的内存。
”
弱引用比较容易被回收。因此,如果ThreadLocal(ThreadLocalMap的Key)被垃圾回收器回收了,但是因为ThreadLocalMap生命周期和Thread是一样的,它这时候如果不被回收,就会出现这种情况:ThreadLocalMap的key没了,value还在,这就会**「造成了内存泄漏问题」**。
如何**「解决内存泄漏问题」**?使用完ThreadLocal后,及时调用remove()方法释放内存空间。
ThreadLocal的应用场景
- 数据库连接池
- 会话管理中使用
39. notify()和notifyAll()有什么区别?
notify()和notifyAll()都是Object对象用于通知处在等待该对象的线程的方法。
- void notify(): 唤醒一个正在等待该对象的线程。
- void notifyAll(): 唤醒所有正在等待该对象的线程。
notify可能会导致死锁,而notifyAll则不会
任何时候只有一个线程可以获得锁,也就是说只有一个线程可以运行synchronized 中的代码
使用notifyall,可以唤醒 所有处于wait状态的线程,使其重新进入锁的争夺队列中,而notify只能唤醒一个。
wait() 应配合while循环使用,不应使用if,务必在wait()调用前后都检查条件,如果不满足,必须调用notify()唤醒另外的线程来处理,自己继续wait()直至条件满足再往下执行。
notify() 是对notifyAll()的一个优化,但它有很精确的应用场景,并且要求正确使用。不然可能导致死锁。正确的场景应该是 WaitSet中等待的是相同的条件,唤醒任一个都能正确处理接下来的事项,如果唤醒的线程无法正确处理,务必确保继续notify()下一个线程,并且自身需要重新回到WaitSet中.
40. 为什么wait()方法和notify()/notifyAll()方法要在同步块中被调用
这是JDK强制的,wait()方法和notify()/notifyAll()方法在调用前都必须先获得对象的锁
41. wait()方法和notify()/notifyAll()方法在放弃对象监视器时有什么区别
wait()方法和notify()/notifyAll()方法在放弃对象监视器的时候的区别在于:wait()方法立即释放对象监视器,notify()/notifyAll()方法则会等待线程剩余代码执行完毕才会放弃对象监视器。
42. wait()方法和notify()/notifyAll()方法在放弃对象监视器时有什么区别
wait()方法和notify()/notifyAll()方法在放弃对象监视器的时候的区别在于:wait()方法立即释放对象监视器,notify()/notifyAll()方法则会等待线程剩余代码执行完毕才会放弃对象监视器。
43. 线程中断是否能直接调用stop,为什么?
Java提供的终止方法只有一个stop,但是不建议使用此方法,因为它有以下三个问题:
- stop方法是过时的 从Java编码规则来说,已经过时的方式不建议采用.
- stop方法会导致代码逻辑不完整 stop方法是一种"恶意"的中断,一旦执行stop方法,即终止当前正在运行的线程,不管线程逻辑是否完整,这是非常危险的.
44. 什么是阻塞(Blocking)和非阻塞(Non-Blocking)?
阻塞和非阻塞通常用来形容多线程间的相互影响。比如一个线程占用了临界区资源,那么其他所有需要这个而资源的线程就必须在这个临界区中进行等待。等待会导致线程挂起,这种情况就是阻塞。此时,如果占用资源的线程一直不愿意释放资源,那么其他所有阻塞在这个临界区上的线程都不能工作。
非阻塞的意思与之相反,它强调没有一个线程可以妨碍其他线程执行。所有的线程都会尝试不断前向执行。
45. 什么是自旋
很多synchronized里面的代码只是一些很简单的代码,执行时间非常快,此时等待的线程都加锁可能是一种不太值得的操作,因为线程阻塞涉及到用户态和内核态切换的问题。
既然synchronized里面的代码执行得非常快,不妨让等待锁的线程不要被阻塞,而是在synchronized的边界做忙循环,这就是自旋。如果做了多次忙循环发现还没有获得锁,再阻塞,这样可能是一种更好的策略。
46. 自旋锁的优缺点?
自旋锁不会引起调用者休眠,如果自旋锁已经被别的线程保持,调用者就一直循环在那里看是否该自旋锁的保持者释放了锁。由于自旋锁不会引起调用者休眠,所以自旋锁的效率远高于互斥锁。
虽然自旋锁效率比互斥锁高,但它会存在下面两个问题: 1、自旋锁一直占用CPU,在未获得锁的情况下,一直运行,如果不能在很短的时间内获得锁,会导致CPU效率降低。 2、试图递归地获得自旋锁会引起死锁。递归程序决不能在持有自旋锁时调用它自己,也决不能在递归调用时试图获得相同的自旋锁。
由此可见,我们要慎重的使用自旋锁,自旋锁适合于锁使用者保持锁时间比较短并且锁竞争不激烈的情况。正是由于自旋锁使用者一般保持锁时间非常短,因此选择自旋而不是睡眠是非常必要的,自旋锁的效率远高于互斥锁。
47. 什么是线程池? 为什么要使用它?
创建线程要花费昂贵的资源和时间,如果任务来了才创建线程那么响应时间会变长,而且一个进程能创建的线程数有限。为了避免这些问题,在程序启动的时候就创建若干线程来响应处理,它们被称为线程池,里面的线程叫工作线程。
从JDK1.5开始,Java API提供了Executor框架让你可以创建不同的线程池。比如单线程池,每次处理一个任务;数目固定的线程池或者是缓存线程池(一个适合很多生存期短的任务的程序的可扩展线程池)
线程池提供了一种限制和管理资源(包括执行一个任务)。 每个线程池还维护一些基本统计信息,例如已完成任务的数量。
这里借用《Java并发编程的艺术》提到的来说一下使用线程池的好处:
- 降低资源消耗。 通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
- 提高响应速度。 当任务到达时,任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
- 提高线程的可管理性。 线程是稀缺资源,如果无限制的创建,不仅会消耗系统资源,还会降低系统的稳定性,使用线程池可以进行统一的分配,调优和监控。
48. 常用的线程池模式以及不同线程池的使用场景?
以下是Java自带的几种线程池:
**1、**newFixedThreadPool 创建一个指定工作线程数量的线程池。 每当提交一个任务就创建一个工作线程,如果工作线程数量达到线程池初始的最大数,则将提交的任务存入到池队列中。
**2、**newCachedThreadPool 创建一个可缓存的线程池。 这种类型的线程池特点是:
- 1).工作线程的创建数量几乎没有限制(其实也有限制的,数目为Interger. MAX_VALUE),这样可灵活的往线程池中添加线程。
- 2).如果长时间没有往线程池中提交任务,即如果工作线程空闲了指定的时间(默认为1分钟),则该工作线程将自动终止。终止后,如果你又提交了新的任务,则线程池重新创建一个工作线程。
**3、**newSingleThreadExecutor创建一个单线程化的Executor,即只创建唯一的工作者线程来执行任务,如果这个线程异常结束,会有另一个取代它,保证顺序执行(我觉得这点是它的特色)。
单工作线程最大的特点是可保证顺序地执行各个任务,并且在任意给定的时间不会有多个线程是活动的。
**4、**newScheduleThreadPool 创建一个定长的线程池,而且支持定时的以及周期性的任务执行,类似于Timer。
49. 在Java中Executor、ExecutorService、Executors的区别?
Executor 和 ExecutorService 这两个接口主要的区别是:
- ExecutorService 接口继承了 Executor 接口,是 Executor 的子接口
- Executor 和 ExecutorService 第二个区别是:Executor 接口定义了 execute()方法用来接收一个Runnable接口的对象,而 ExecutorService 接口中的 submit()方法可以接受Runnable和Callable接口的对象。
- Executor 和 ExecutorService 接口第三个区别是 Executor 中的 execute() 方法不返回任何结果,而 ExecutorService 中的 submit()方法可以通过一个 Future 对象返回运算结果。
- Executor 和 ExecutorService 接口第四个区别是除了允许客户端提交一个任务,ExecutorService 还提供用来控制线程池的方法。比如:调用 shutDown() 方法终止线程池。
Executors 类提供工厂方法用来创建不同类型的线程池。
比如: newSingleThreadExecutor() 创建一个只有一个线程的线程池,newFixedThreadPool(int numOfThreads)来创建固定线程数的线程池,newCachedThreadPool()可以根据需要创建新的线程,但如果已有线程是空闲的会重用已有线程。
50. 请说出与线程同步以及线程调度相关的方法。
- 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():使一个正在运行的线程处于睡眠状态,是一个静态方法,调用此方法要处理InterruptedException异常;
- 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;
- notityAll():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;
51. 举例说明同步和异步。
如果系统中存在临界资源(资源数量少于竞争资源的线程数量的资源),例如正在写的数据以后可能被另一个线程读到,或者正在读的数据可能已经被另一个线程写过了,那么这些数据就必须进行同步存取(数据库操作中的排他锁就是最好的例子)。当应用程序在对象上调用了一个需要花费很长时间来执行的方法,并且不希望让程序等待方法的返回时,就应该使用异步编程,在很多情况下采用异步途径往往更有效率。事实上,所谓的同步就是指阻塞式操作,而异步就是非阻塞式操作。
52. 不使用stop停止线程?
当run() 或者 call() 方法执行完的时候线程会自动结束,如果要手动结束一个线程,你可以用volatile 布尔变量来退出run()方法的循环或者是取消任务来中断线程。
使用自定义的标志位决定线程的执行情况
public class SafeStopThread implements Runnable{ private volatile boolean stop=false;//此变量必须加上volatile int a=0; @Override public void run() { // TODO Auto-generated method stub while(!stop){ synchronized ("") { a++; try { Thread.sleep(100); } catch (Exception e) { // TODO: handle exception } a--; String tn=Thread.currentThread().getName(); System.out.println(tn+":a="+a); } } //线程终止 public void terminate(){ stop=true; } public static void main(String[] args) { SafeStopThread t=new SafeStopThread(); Thread t1=new Thread(t); t1.start(); for(int i=0;i<5;i++){ new Thread(t).start(); } t.terminate(); } }
53. 如何控制某个方法允许并发访问线程的大小?
Semaphore两个重要的方法就是semaphore.acquire() 请求一个信号量,这时候的信号量个数-1(一旦没有可使用的信号量,也即信号量个数变为负数时,再次请求的时候就会阻塞,直到其他线程释放了信号量)semaphore.release()释放一个信号量,此时信号量个数+1
public class SemaphoreTest { private Semaphore mSemaphore = new Semaphore(5); public void run(){ for(int i=0; i< 100; i++){ new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { test(); } }).start(); } } private void test(){ try { mSemaphore.acquire(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进来了"); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 出去了"); mSemaphore.release(); } }
54. 如何创建线程池
《阿里巴巴Java开发手册》中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 返回线程池对象的弊端如下:
- FixedThreadPool 和 SingleThreadExecutor : 允许请求的队列长度为 Integer.MAX_VALUE,可能堆积大量的请求,从而导致OOM。
- CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool : 允许创建的线程数量为 Integer.MAX_VALUE ,可能会创建大量线程,从而导致OOM。
”
方式一:通过构造方法实现
方式二:通过Executor 框架的工具类Executors来实现 我们可以创建三种类型的ThreadPoolExecutor:
- FixedThreadPool : 该方法返回一个固定线程数量的线程池。该线程池中的线程数量始终不变。当有一个新的任务提交时,线程池中若有空闲线程,则立即执行。若没有,则新的任务会被暂存在一个任务队列中,待有线程空闲时,便处理在任务队列中的任务。
- SingleThreadExecutor: 方法返回一个只有一个线程的线程池。若多余一个任务被提交到该线程池,任务会被保存在一个任务队列中,待线程空闲,按先入先出的顺序执行队列中的任务。
- CachedThreadPool: 该方法返回一个可根据实际情况调整线程数量的线程池。线程池的线程数量不确定,但若有空闲线程可以复用,则会优先使用可复用的线程。若所有线程均在工作,又有新的任务提交,则会创建新的线程处理任务。所有线程在当前任务执行完毕后,将返回线程池进行复用。
对应Executors工具类中的方法如图所示:
55. 高并发、任务执行时间短的业务怎样使用线程池?并发不高、任务执行时间长的业务怎样使用线程池?并发高、业务执行时间长的业务怎样使用线程池?
这是我在并发编程网上看到的一个问题,希望每个人都能看到并且思考一下,因为这个问题非常好、非常实际、非常专业。关于这个问题,个人看法是:
**1、**高并发、任务执行时间短的业务,线程池线程数可以设置为CPU核数+1,减少线程上下文的切换
**2、**并发不高、任务执行时间长的业务要区分开看:
- 假如是业务时间长集中在IO操作上,也就是IO密集型的任务,因为IO操作并不占用CPU,所以不要让所有的CPU闲下来,可以加大线程池中的线程数目,让CPU处理更多的业务
- 假如是业务时间长集中在计算操作上,也就是计算密集型任务,这个就没办法了,和(1)一样吧,线程池中的线程数设置得少一些,减少线程上下文的切换
**3、**并发高、业务执行时间长,解决这种类型任务的关键不在于线程池而在于整体架构的设计,看看这些业务里面某些数据是否能做缓存是第一步,增加服务器是第二步,至于线程池的设置,设置参考(2)。最后,业务执行时间长的问题,也可能需要分析一下,看看能不能使用中间件对任务进行拆分和解耦。
56. 什么是线程安全
又是一个理论的问题,各式各样的答案有很多,我给出一个个人认为解释地最好的:如果你的代码在多线程下执行和在单线程下执行永远都能获得一样的结果,那么你的代码就是线程安全的。
1、不可变
像String、Integer、Long这些,都是final类型的类,任何一个线程都改变不了它们的值,要改变除非新创建一个,因此这些不可变对象不需要任何同步手段就可以直接在多线程环境下使用
2、绝对线程安全
不管运行时环境如何,调用者都不需要额外的同步措施。要做到这一点通常需要付出许多额外的代价,Java中标注自己是线程安全的类,实际上绝大多数都不是线程安全的,不过绝对线程安全的类,Java中也有,比方说CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet
3、相对线程安全
相对线程安全也就是我们通常意义上所说的线程安全,像Vector这种,add、remove方法都是原子操作,不会被打断,但也仅限于此,如果有个线程在遍历某个Vector、有个线程同时在add这个Vector,99%的情况下都会出现ConcurrentModificationException,也就是fail-fast机制。
4、线程非安全
这个就没什么好说的了,ArrayList、LinkedList、HashMap等都是线程非安全的类
57. Java中interrupted 和isInterruptedd方法的区别?
interrupted() 和 isInterrupted()的主要区别是前者会将中断状态清除而后者不会。
Java多线程的中断机制是用内部标识来实现的,调用Thread.interrupt()来中断一个线程就会设置中断标识为true。当中断线程调用静态方法Thread.interrupted()来检查中断状态时,中断状态会被清零。
非静态方法isInterrupted()用来查询其它线程的中断状态且不会改变中断状态标识。简单的说就是任何抛出InterruptedException异常的方法都会将中断状态清零。
无论如何,一个线程的中断状态都有可能被其它线程调用中断来改变。
58. Java线程池中submit() 和 execute()方法有什么区别?
两个方法都可以向线程池提交任务,execute()方法的返回类型是void,它定义在Executor接口中, 而submit()方法可以返回持有计算结果的Future对象,它定义在ExecutorService接口中,它扩展了Executor接口,其它线程池类像ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor都有这些方法。
59. 说一说自己对于 synchronized 关键字的了解
synchronized关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性,synchronized关键字可以保证被它修饰的方法或者代码块在任意时刻只能有一个线程执行。 另外,在 Java 早期版本中,synchronized属于重量级锁,效率低下,因为监视器锁(monitor)是依赖于底层的操作系统的 Mutex Lock 来实现的,Java 的线程是映射到操作系统的原生线程之上的。如果要挂起或者唤醒一个线程,都需要操作系统帮忙完成,而操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到内核态,这个状态之间的转换需要相对比较长的时间,时间成本相对较高,这也是为什么早期的 synchronized 效率低的原因。庆幸的是在 Java 6 之后 Java 官方对从 JVM 层面对synchronized 较大优化,所以现在的 synchronized 锁效率也优化得很不错了。JDK1.6对锁的实现引入了大量的优化,如自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化、偏向锁、轻量级锁等技术来减少锁操作的开销。
60. 说说自己是怎么使用 synchronized 关键字,在项目中用到了吗synchronized关键字最主要的三种使用方式:
修饰实例方法: 作用于当前对象实例加锁,进入同步代码前要获得当前对象实例的锁
修饰静态方法: 也就是给当前类加锁,会作用于类的所有对象实例,因为静态成员不属于任何一个实例对象,是类成员( static 表明这是该类的一个静态资源,不管new了多少个对象,只有一份)。所以如果一个线程A调用一个实例对象的非静态 synchronized 方法,而线程B需要调用这个实例对象所属类的静态 synchronized 方法,是允许的,不会发生互斥现象,因为访问静态 synchronized 方法占用的锁是当前类的锁,而访问非静态 synchronized 方法占用的锁是当前实例对象锁。
修饰代码块: 指定加锁对象,对给定对象加锁,进入同步代码库前要获得给定对象的锁。 总结: synchronized 关键字加到 static 静态方法和 synchronized(class)代码块上都是是给 Class 类上锁。synchronized 关键字加到实例方法上是给对象实例上锁。尽量不要使用 synchronized(String a) 因为JVM中,字符串常量池具有缓存功能!
61. Java中如何获取到线程dump文件
死循环、死锁、阻塞、页面打开慢等问题,打线程dump是最好的解决问题的途径。所谓线程dump也就是线程堆栈,获取到线程堆栈有两步:
**1、**获取到线程的pid,可以通过使用jps命令,在Linux环境下还可以使用ps -ef | grep java
**2、**打印线程堆栈,可以通过使用jstack pid命令,在Linux环境下还可以使用kill -3 pid
另外提一点,Thread类提供了一个getStackTrace()方法也可以用于获取线程堆栈。这是一个实例方法,因此此方法是和具体线程实例绑定的,每次获取获取到的是具体某个线程当前运行的堆栈,
62. 一个线程如果出现了运行时异常会怎么样
如果这个异常没有被捕获的话,这个线程就停止执行了。
**另外重要的一点是:**如果这个线程持有某个某个对象的监视器,那么这个对象监视器会被立即释放
63. 如何在两个线程之间共享数据
通过在线程之间共享对象就可以了,然后通过wait/notify/notifyAll、await/signal/signalAll进行唤起和等待,比方说阻塞队列BlockingQueue就是为线程之间共享数据而设计的
64. 如何在两个线程间共享数据?
同一个Runnable,使用全局变量。
第一种:将共享数据封装到一个对象中,把这个共享数据所在的对象传递给不同的Runnable
第二种:将这些Runnable对象作为某一个类的内部类,共享的数据作为外部类的成员变量,对共享数据的操作分配给外部类的方法来完成,以此实现对操作共享数据的互斥和通信,作为内部类的Runnable来操作外部类的方法,实现对数据的操作
class ShareData { private int x = 0; public synchronized void addx(){ x++; System.out.println("x++ : "+x); } public synchronized void subx(){ x--; System.out.println("x-- : "+x); }}public class ThreadsVisitData { public static ShareData share = new ShareData(); public static void main(String[] args) { //final ShareData share = new ShareData(); new Thread(new Runnable() { public void run() { for(int i = 0;i<100;i++){ share.addx(); } } }).start(); new Thread(new Runnable() { public void run() { for(int i = 0;i<100;i++){ share.subx(); } } }).start(); }}
65. Java中活锁和死锁有什么区别?
活锁:一个线程通常会有会响应其他线程的活动。如果其他线程也会响应另一个线程的活动,那么就有可能发生活锁。同死锁一样,发生活锁的线程无法继续执行。然而线程并没有阻塞——他们在忙于响应对方无法恢复工作。这就相当于两个在走廊相遇的人:甲向他自己的左边靠想让乙过去,而乙向他的右边靠想让甲过去。可见他们阻塞了对方。甲向他的右边靠,而乙向他的左边靠,他们还是阻塞了对方。
死锁:两个或更多线程阻塞着等待其它处于死锁状态的线程所持有的锁。死锁通常发生在多个线程同时但以不同的顺序请求同一组锁的时候,死锁会让你的程序挂起无法完成任务。
66. Java中的死锁
在Java中使用多线程,就会有可能导致死锁问题。死锁会让程序一直卡住,不再程序往下执行。我们只能通过中止并重启的方式来让程序重新执行。这是我们非常不愿意看到的一种现象,我们要尽可能避免死锁的情况发生!
死锁的四个必要条件
**1、互斥条件:**指进程对所分配到的资源进行排它性使用,即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源,则请求者只能等待,直至占有资源的进程用完释放。
**2、请求和保持条件:**指进程已经保持至少一个资源,但又提出了新的资源请求,而该资源已被其它进程占有,此时请求进程阻塞,但又对自己已获得的其它资源保持不放。
**3、不剥夺条件:**指进程已获得的资源,在未使用完之前,不能被剥夺,只能在使用完时由自己释放。
**4、环路等待条件:**指在发生死锁时,必然存在一个进程——资源的环形链,即进程集合{A,B,C,···,Z} 中的A正在等待一个B占用的资源;B正在等待C占用的资源,……,Z正在等待已被A占用的资源。
死锁实例
/** * 死锁类示例 */public class DeadLock implements Runnable { public int flag = 1; //静态对象是类的所有对象共享的 private static Object o1 = new Object(), o2 = new Object(); @Override public void run() { System.out.println("flag:{}"+flag); if (flag == 1) { //先锁o1,再对o2加锁,环路等待条件 synchronized (o1) { try { Thread.sleep(500); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } synchronized (o2) { System.out.println("1"); } } } if (flag == 0) {//先锁o2,在锁01 synchronized (o2) { try { Thread.sleep(500); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } synchronized (o1) { System.out.println("0"); } } } } public static void main(String[] args) { DeadLock td1 = new DeadLock(); DeadLock td2 = new DeadLock(); td1.flag = 1; td2.flag = 0; //td1,td2都处于可执行状态,但JVM线程调度先执行哪个线程是不确定的。 //td2的run()可能在td1的run()之前运行 new Thread(td1).start(); new Thread(td2).start(); }}
1、当DeadLock 类的对象flag=1时(td1),先锁定o1,睡眠500毫秒 2、而td1在睡眠的时候另一个flag==0的对象(td2)线程启动,先锁定o2,睡眠500毫秒 3、td1睡眠结束后需要锁定o2才能继续执行,而此时o2已被td2锁定; 4、td2睡眠结束后需要锁定o1才能继续执行,而此时o1已被td1锁定; 5、td1、td2相互等待,都需要得到对方锁定的资源才能继续执行,从而死锁。
67. 如何避免死锁和检测
预防死锁
- 破坏互斥条件:使资源同时访问而非互斥使用,就没有进程会阻塞在资源上,从而不发生死锁
- 破坏请求和保持条件:采用静态分配的方式,静态分配的方式是指进程必须在执行之前就申请需要的全部资源,且直至所要的资源全部得到满足后才开始执行,只要有一个资源得不到分配,也不给这个进程分配其他的资源。
- 破坏不剥夺条件:即当某进程获得了部分资源,但得不到其它资源,则释放已占有的资源,但是只适用于内存和处理器资源。
- 破坏循环等待条件:给系统的所有资源编号,规定进程请求所需资源的顺序必须按照资源的编号依次进行。
设置加锁顺序
如果两个线程(A和B),当A线程已经锁住了Z,而又去尝试锁住X,而X已经被线程B锁住,线程A和线程B分别持有对应的锁,而又去争夺其他一个锁(尝试锁住另一个线程已经锁住的锁)的时候,就会发生死锁,如下图:
两个线程试图以不同的顺序来获得相同的锁,如果按照相同的顺序来请求锁,那么就不会出现循环的加锁依赖性,因此也就不会产生死锁,每个需要锁Z和锁X的线程都以相同的顺序来获取Z和X,那么就不会发生死锁了,如下图所示:
- 这样死锁就永远不会发生。 针对两个特定的锁,可以尝试按照锁对象的hashCode值大小的顺序,分别获得两个锁,这样锁总是会以特定的顺序获得锁,我们通过设置锁的顺序,来防止死锁的发生,在这里我们使用System.identityHashCode方法来定义锁的顺序,这个方法将返回由Obejct.hashCode 返回的值,这样就可以消除死锁发生的可能性。
public class DeadLockExample3 { // 加时赛锁,在极少数情况下,如果两个hash值相等,使用这个锁进行加锁 private static final Object tieLock = new Object(); public void transferMoney(final Account fromAcct, final Account toAcct, final DollarAmount amount) throws InsufficientFundsException { class Helper { public void transfer() throws InsufficientFundsException { if (fromAcct.getBalance().compareTo(amount) < 0) throw new InsufficientFundsException(); else { fromAcct.debit(amount); toAcct.credit(amount); } } } // 得到两个锁的hash值 int fromHash = System.identityHashCode(fromAcct); int toHash = System.identityHashCode(toAcct); // 根据hash值判断锁顺序,决定锁的顺序 if (fromHash < toHash) { synchronized (fromAcct) { synchronized (toAcct) { new Helper().transfer(); } } } else if (fromHash > toHash) { synchronized (toAcct) { synchronized (fromAcct) { new Helper().transfer(); } } } else {// 如果两个对象的hash相等,通过tieLock来决定加锁的顺序,否则又会重新引入死锁——加时赛锁 synchronized (tieLock) { synchronized (fromAcct) { synchronized (toAcct) { new Helper().transfer(); } } } } }}
- 在极少数情况下,两个对象可能拥有两个相同的散列值,此时必须通过某种任意的方法来决定锁的顺序,否则可能又会重新引入死锁。
- 为了避免这种情况,可以使用
“加时(Tie-Breaking))”锁
,这获得这两个Account锁之前,从而消除了死锁发生的可能性
68. 什么是可重入锁(ReentrantLock)?
Java.util.concurrent.lock 中的 Lock 框架是锁定的一个抽象,它允许把锁定的实现作为Java 类,而不是作为语言的特性来实现。这就为Lock 的多种实现留下了空间,各种实现可能有不同的调度算法、性能特性或者锁定语义。
ReentrantLock 类实现了Lock ,它拥有与synchronized 相同的并发性和内存语义,但是添加了类似锁投票、定时锁等候和可中断锁等候的一些特性。此外,它还提供了在激烈争用情况下更佳的性能。(换句话说,当许多线程都想访问共享资源时,JVM可以花更少的时候来调度线程,把更多时间用在执行线程上。)
Reentrant 锁意味着什么呢?
简单来说,它有一个与锁相关的获取计数器,如果拥有锁的某个线程再次得到锁,那么获取计数器就加1,然后锁需要被释放两次才能获得真正释放。这模仿了synchronized 的语义;如果线程进入由线程已经拥有的监控器保护的synchronized 块,就允许线程继续进行,当线程退出第二个(或者后续)synchronized块的时候,不释放锁,只有线程退出它进入的监控器保护的第一个synchronized 块时,才释放锁。
69. 讲一下 synchronized 关键字的底层原理
synchronized 关键字底层原理属于 JVM 层面。
① synchronized 同步语句块的情况
public class SynchronizedDemo { public void method() { synchronized (this) { System.out.println("synchronized 代码块"); } }}
通过 JDK 自带的 javap 命令查看 SynchronizedDemo 类的相关字节码信息:首先切换到类的对应目录执行 javac SynchronizedDemo.java
命令生成编译后的 .class 文件,然后执行javap -c -s -v -l SynchronizedDemo.class
。
从上面我们可以看出:
synchronized 同步语句块的实现使用的是 monitorenter 和 monitorexit 指令,其中 monitorenter 指令指向同步代码块的开始位置,monitorexit 指令则指明同步代码块的结束位置。 当执行 monitorenter 指令时,线程试图获取锁也就是获取 monitor(monitor对象存在于每个Java对象的对象头中,synchronized 锁便是通过这种方式获取锁的,也是为什么Java中任意对象可以作为锁的原因) 的持有权.当计数器为0则可以成功获取,获取后将锁计数器设为1也就是加1。相应的在执行 monitorexit 指令后,将锁计数器设为0,表明锁被释放。如果获取对象锁失败,那当前线程就要阻塞等待,直到锁被另外一个线程释放为止。
② synchronized 修饰方法的的情况
public class SynchronizedDemo2 { public synchronized void method() { System.out.println("synchronized 方法"); }}
synchronized 修饰的方法并没有 monitorenter 指令和 monitorexit 指令,取得代之的确实是 ACC_SYNCHRONIZED 标识,该标识指明了该方法是一个同步方法,JVM 通过该 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志来辨别一个方法是否声明为同步方法,从而执行相应的同步调用。
70. synchronized和ReentrantLock的区别
synchronized是和if、else、for、while一样的关键字,ReentrantLock是类,这是二者的本质区别。既然ReentrantLock是类,那么它就提供了比synchronized更多更灵活的特性,可以被继承、可以有方法、可以有各种各样的类变量,ReentrantLock比synchronized的扩展性体现在几点上:
**1、**ReentrantLock可以对获取锁的等待时间进行设置,这样就避免了死锁 **2、**ReentrantLock可以获取各种锁的信息 **3、**ReentrantLock可以灵活地实现多路通知
另外,二者的锁机制其实也是不一样的。ReentrantLock底层调用的是Unsafe的park方法加锁,synchronized操作的应该是对象头中mark word,这点我不能确定。
71. ConcurrentHashMap的并发度是什么
ConcurrentHashMap的并发度就是segment的大小,默认为16,这意味着最多同时可以有16条线程操作ConcurrentHashMap,这也是ConcurrentHashMap对Hashtable的最大优势,任何情况下,Hashtable能同时有两条线程获取Hashtable中的数据吗?
72. ReadWriteLock是什么
首先明确一下,不是说ReentrantLock不好,只是ReentrantLock某些时候有局限。如果使用ReentrantLock,可能本身是为了防止线程A在写数据、线程B在读数据造成的数据不一致,但这样,如果线程C在读数据、线程D也在读数据,读数据是不会改变数据的,没有必要加锁,但是还是加锁了,降低了程序的性能。
因为这个,才诞生了读写锁ReadWriteLock。ReadWriteLock是一个读写锁接口,ReentrantReadWriteLock是ReadWriteLock接口的一个具体实现,实现了读写的分离,读锁是共享的,写锁是独占的,读和读之间不会互斥,读和写、写和读、写和写之间才会互斥,提升了读写的性能。
73. FutureTask是什么
FutureTask表示一个异步运算的任务。FutureTask里面可以传入一个Callable的具体实现类,可以对这个异步运算的任务的结果进行等待获取、判断是否已经完成、取消任务等操作。当然,由于FutureTask也是Runnable接口的实现类,所以FutureTask也可以放入线程池中。
74. 如果你提交任务时,线程池队列已满,这时会发生什么
这里区分一下:
如果使用的是无界队列LinkedBlockingQueue,也就是无界队列的话,没关系,继续添加任务到阻塞队列中等待执行,因为LinkedBlockingQueue可以近乎认为是一个无穷大的队列,可以无限存放任务
如果使用的是有界队列比如ArrayBlockingQueue,任务首先会被添加到ArrayBlockingQueue中,ArrayBlockingQueue满了,会根据maximumPoolSize的值增加线程数量,如果增加了线程数量还是处理不过来,ArrayBlockingQueue继续满,那么则会使用拒绝策略RejectedExecutionHandler处理满了的任务,默认是AbortPolicy
75. 生产者消费者模型的作用是什么
这个问题很理论,但是很重要:
1、通过平衡生产者的生产能力和消费者的消费能力来提升整个系统的运行效率,这是生产者消费者模型最重要的作用
2、解耦,这是生产者消费者模型附带的作用,解耦意味着生产者和消费者之间的联系少,联系越少越可以独自发展而不需要收到相互的制约
76. 什么是乐观锁和悲观锁
**1、乐观锁:**就像它的名字一样,对于并发间操作产生的线程安全问题持乐观状态,乐观锁认为竞争不总是会发生,因此它不需要持有锁,将比较-替换这两个动作作为一个原子操作尝试去修改内存中的变量,如果失败则表示发生冲突,那么就应该有相应的重试逻辑。
**2、悲观锁:**还是像它的名字一样,对于并发间操作产生的线程安全问题持悲观状态,悲观锁认为竞争总是会发生,因此每次对某资源进行操作时,都会持有一个独占的锁,就像synchronized,不管三七二十一,直接上了锁就操作资源了。
77. CyclicBarrier和CountDownLatch的区别
两个看上去有点像的类,都在java.util.concurrent
下,都可以用来表示代码运行到某个点上,二者的区别在于:
1、CyclicBarrier
的某个线程运行到某个点上之后,该线程即停止运行,直到所有的线程都到达了这个点,所有线程才重新运行;CountDownLatch
则不是,某线程运行到某个点上之后,只是给某个数值-1而已,该线程继续运行
2、CyclicBarrier
只能唤起一个任务,CountDownLatch
可以唤起多个任务
3、CyclicBarrier
可重用,CountDownLatch
不可重用,计数值为0该CountDownLatch
就不可再用了
78. Hashtable的size()方法中明明只有一条语句"return count",为什么还要做同步?
这是我之前的一个困惑,不知道大家有没有想过这个问题。某个方法中如果有多条语句,并且都在操作同一个类变量,那么在多线程环境下不加锁,势必会引发线程安全问题,这很好理解,但是size()方法明明只有一条语句,为什么还要加锁?
关于这个问题,在慢慢地工作、学习中,有了理解,主要原因有两点:
**1、**同一时间只能有一条线程执行固定类的同步方法,但是对于类的非同步方法,可以多条线程同时访问。所以,这样就有问题了,可能线程A在执行Hashtable的put方法添加数据,线程B则可以正常调用size()方法读取Hashtable中当前元素的个数,那读取到的值可能不是最新的,可能线程A添加了完了数据,但是没有对size++,线程B就已经读取size了,那么对于线程B来说读取到的size一定是不准确的。而给size()方法加了同步之后,意味着线程B调用size()方法只有在线程A调用put方法完毕之后才可以调用,这样就保证了线程安全性
**2、**CPU执行代码,执行的不是Java代码,这点很关键,一定得记住。Java代码最终是被翻译成机器码执行的,机器码才是真正可以和硬件电路交互的代码。即使你看到Java代码只有一行,甚至你看到Java代码编译之后生成的字节码也只有一行,也不意味着对于底层来说这句语句的操作只有一个。一句"return count"假设被翻译成了三句汇编语句执行,一句汇编语句和其机器码做对应,完全可能执行完第一句,线程就切换了。
79. Linux环境下如何查找哪个线程使用CPU最长
这是一个比较偏实践的问题,这种问题我觉得挺有意义的。可以这么做:
**1、**获取项目的pid,jps或者ps -ef | grep java,这个前面有讲过 **2、**top -H -p pid,顺序不能改变
这样就可以打印出当前的项目,每条线程占用CPU时间的百分比。注意这里打出的是LWP,也就是操作系统原生线程的线程号,我笔记本山没有部署Linux环境下的Java工程,因此没有办法截图演示,网友朋友们如果公司是使用Linux环境部署项目的话,可以尝试一下。
使用"top -H -p pid"+"jps pid"可以很容易地找到某条占用CPU高的线程的线程堆栈,从而定位占用CPU高的原因,一般是因为不当的代码操作导致了死循环。
最后提一点,"top -H -p pid"打出来的LWP是十进制的,"jps pid"打出来的本地线程号是十六进制的,转换一下,就能定位到占用CPU高的线程的当前线程堆栈了。