java八股文复习----java多线程---2024/03/12

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1.并发编程的三要素是什么？

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2.java如何创建线程

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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 有返回值
使用线程池创建线程

代码演示
import java.util.concurrent.*;
public class threadTest{public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {//继承threadThreadClass thread = new ThreadClass();thread.start();Thread.sleep(100);System.out.println("#####################");//实现runnableRunnableClass runnable = new RunnableClass();new Thread(runnable).start();Thread.sleep(100);System.out.println("#####################");//实现callableFutureTask futureTask = new FutureTask(new CallableClass());futureTask.run();System.out.println("callable返回值：" + futureTask.get());Thread.sleep(100);System.out.println("#####################");//线程池ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(1, 1, 2, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(10));threadPoolExecutor.execute(thread);threadPoolExecutor.shutdown();Thread.sleep(100);System.out.println("#####################");//使用并发包ExecutorsExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);executorService.execute(thread);executorService.shutdown();}
}class ThreadClass extends Thread{@Overridepublic void run() {System.out.println("我是继承thread形式：" + Thread.currentThread().getName());}
}class RunnableClass implements Runnable{@Overridepublic void run(){System.out.println("我是实现runnable接口：" + Thread.currentThread().getName());}
}class CallableClass  implements Callable<String> {@Overridepublic String call(){System.out.println("我是实现callable接口：");return "我是返回值，可以通过get方法获取";}
}

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                        leader_song

原文链接：https://blog.csdn.net/leader_song/article/details/132094080
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3.java常见的锁

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4.synchronized的用法

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5.synchronized 和 Lock 的区别

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  • synchronized是可重入锁、不可中断锁，非公平锁、
    lock的ReentrantLock是可重入锁，可中断锁，可以是公平锁也可以是非公平锁
  • synchronized是JVM层次通过监视器实现的，Lock是通过AQS实现的

5.1什么是AQS锁?

AQS是一个抽象类，可以用来构造锁和同步类，如ReentrantLock，Semaphore，CountDownLatch，CyclicBarrier。

AQS的原理是，AQS内部有三个核心组件，
一个是state代表加锁状态初始值为0，
一个是获取到锁的线程，
还有一个阻塞队列。

当有线程想获取锁时，会以CAS的形式将state变为1，CAS成功后便将加锁线程设为自己。当其他线程来竞争锁时会判断state是不是0，不是0再判断加锁线程是不是自己，不是的话就把自己放入阻塞队列。这个阻塞队列是用双向链表实现的

可重入锁的原理就是每次加锁时判断一下加锁线程是不是自己，是的话state+1，释放锁的时候就将state-1。当state减到0的时候就去唤醒阻塞队列的第一个线程。

5.2有哪些常见的AQS锁

AQS分为独占锁和共享锁

  • ReentrantLock（独占锁）：可重入，可中断，可以是公平锁也可以是非公平锁，非公平锁就是会通过两次CAS去抢占锁，公平锁会按队列顺序排队

  • Semaphore（信号量）:设定一个信号量，当调用acquire()时判断是否还有信号，有就获取一个信号量，没有就阻塞等待其他线程释放信号量，当调用release()时释放一个信号量，唤醒阻塞线程。

应用场景：允许多个线程访问某个临界资源时，如上下车，买卖票

  • CountDownLatch（倒计数器）:给计数器设置一个初始值，当调用CountDown()时计数器减一，当调用await() 时判断计数器是否归0，不为0就阻塞，直到计数器为0。

应用场景：启动一个服务时，主线程需要等待多个组件加载完毕，之后再继续执行

  • CyclicBarrier（循环栅栏）:给计数器设置一个目标值,当调用await() 时会计数+1并判断计数器是否达到目标值，未达到就阻塞，直到计数器达到目标值

应用场景：多线程计算数据，最后合并计算结果的应用场景

6.为什么使用线程池

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7.线程池的核心属性

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8.线程池的执行流程

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9.线程池的拒绝策略

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10.线程池的几种创建方式

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11.volatile关键字

11.1说说你对volatile关键字的理解

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什么是内存可见性，什么又是重排序呢？

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单例模式双重校验锁变量为什么使用 volatile 修饰？
禁止 JVM 指令重排序，new Object()分为三个步骤：

为实例对象分配内存，
用构造器初始化成员变量，
将实例对象引用指向分配的内存；

实例对象在分配内存后实才不为null。如果分配内存后还未初始化就先将实例对象指向了内存，那么此时最外层的if会判断实例对象已经不等于null就直接将实例对象返回。而此时初始化还没有完成。
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    版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。

原文链接：https://blog.csdn.net/w20001118/article/details/125724647

11.2volatile 与 synchronized 的区别？

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12.ThreadLocal

12.1ThreadLocal 是什么?

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12.2ThreadLocal 可以作用于哪些场景?

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12.3为了解决什么问题？

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解决了对象在被共享访问时带来的线程安全问题通过 threadLocal.set() 方法将对象实例保存在每个线程自己所拥有的 threadLocalMap 中，
这样的话每个线程都使用自己的对象实例，彼此不会影响从而达到了隔离的作用。

12.4ThreadLocal 内存泄漏的原因？

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13.线程的状态转换有什么（生命周期）

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  • 新建状态(New) ：线程对象被创建后，就进入了新建状态。例如，Thread thread = new Thread()。

  • 就绪状态(Runnable): 也被称为“可执行状态”。线程对象被创建后，其它线程调用了该对象的start()方法，从而来启动该线程。例如，thread.start()。处于就绪状态的线程，随时可能被CPU调度执行。

  • 运行状态(Running)：线程获取CPU权限进行执行。需要注意的是，线程只能从就绪状态进入到运行状态。

  • 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：

  • 等待阻塞 – 通过调用线程的wait()方法，让线程等待某工作的完成。

  • 同步阻塞 – 线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，它会进入同步阻塞状态。

  • 其他阻塞 – 通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。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。

  • 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。
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                         leader_song

原文链接：https://blog.csdn.net/leader_song/article/details/132094080

14.进程和线程的区别，进程间如何通信

  • 进程：系统运行的基本单位，进程在运行过程中都是相互独立，但是线程之间运行可以相互影响。
  • 线程：独立运行的最小单位，一个进程包含多个线程且它们共享同一进程内的系统资源

进程间通过管道、 共享内存、信号量机制、消息队列通信

15.什么是死锁

死锁指多个线程在执行过程中，因争夺资源造成的一种相互等待的僵局

16.死锁的必要条件

  • 互斥条件：同一资源同时只能由一个线程读取

  • 不可抢占条件：不能强行剥夺线程占有的资源

  • 请求和保持条件：请求其他资源的同时对自己手中的资源保持不放

  • 循环等待条件：在相互等待资源的过程中，形成一个闭环

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  • 想要预防死锁，只需要破坏其中一个条件即可，比如使用定时锁、尽量让线程用相同的加锁顺序，还可以用银行家算法可以预防死锁

17.CAS


什么是CAS

CAS（Compare-and-Swap）是一种乐观锁的实现方式，全称为“比较并交换”，是一种无锁的原子操作。

在并发编程中，我们都知道i++操作是非线程安全的，这是因为 i++操作不是原子操作，我们之前在讲多线程带来了什么问题中有讲到，大家应该还记得吧？

如何保证原子性呢？

常见的做法就是加锁。

在 Java 中，我们可以使用 synchronized关键字 和 CAS（Compare-and-Swap）来实现加锁效果。

**synchronized 是悲观锁，**尽管随着 JDK 版本的升级，synchronized 关键字已经“轻量级”了很多（前面有细讲，戳链接回顾），但依然是悲观锁，线程开始执行第一步就要获取锁，一旦获得锁，其他的线程进入后就会阻塞并等待锁。

CAS 是乐观锁，线程执行的时候不会加锁，它会假设此时没有冲突，然后完成某项操作；如果因为冲突失败了就重试，直到成功为止。

17.1乐观锁与悲观锁

锁可以从不同的角度来分类。比如我们在前面讲 synchronized 四种锁状态的时候，提到过偏向锁、轻量级锁、重量级锁，对吧？乐观锁和悲观锁也是一种分类方式。

悲观锁

对于悲观锁来说，它总是认为每次访问共享资源时会发生冲突，所以必须对每次数据操作加上锁，以保证临界区的程序同一时间只能有一个线程在执行。

乐观锁

乐观锁，顾名思义，它是乐观派。乐观锁总是假设对共享资源的访问没有冲突，线程可以不停地执行，无需加锁也无需等待。一旦多个线程发生冲突，乐观锁通常使用一种称为 CAS 的技术来保证线程执行的安全性。

由于乐观锁假想操作中没有锁的存在，因此不太可能出现死锁的情况，换句话说，乐观锁天生免疫死锁。

乐观锁多用于“读多写少“的环境，避免频繁加锁影响性能；
悲观锁多用于”写多读少“的环境，避免频繁失败和重试影响性能。

17.2什么是 CAS

在 CAS 中，有这样三个值：

V：要更新的变量(var)
E：预期值(expected)
N：新值(new)

比较并交换的过程如下：

判断 V 是否等于 E，如果等于，将 V 的值设置为 N；如果不等，说明已经有其它线程更新了 V，于是当前线程放弃更新，什么都不做。

这里的预期值 E 本质上指的是“旧值”。

我们以一个简单的例子来解释这个过程：

如果有一个多个线程共享的变量i原本等于 5，我现在在线程 A 中，想把它设置为新的值 6;
我们使用 CAS 来做这个事情；
首先我们用 i 去与 5 对比，发现它等于 5，说明没有被其它线程改过，那我就把它设置为新的值 6，此次 CAS 成功，i的值被设置成了 6；
如果不等于 5，说明i被其它线程改过了（比如现在i的值为 2），那么我就什么也不做，此次 CAS 失败，i的值仍然为 2。
在这个例子中，i就是 V，5 就是 E，6 就是 N。

CAS锁可以保证原子性，思想是更新内存时会判断内存值是否被别人修改过，如果没有就直接更新。如果被修改，就重新获取值，直到更新完成为止。这样的缺点是

  • （1）只能支持一个变量的原子操作，不能保证整个代码块的原子操作

  • （2）CAS频繁失败导致CPU开销大

  • （3）ABS问题:线程1和线程2同时去修改一个变量，将值从A改为B，但线程1突然阻塞，此时线程2将A改为B,然后线程3又将B改成A,此时线程1将A又改为B,这个过程线程2是不知道的，这就是ABA问题，可以通过版本号或时间戳解决

  • 那有没有可能我在判断了i为 5 之后，正准备更新它的新值的时候，被其它线程更改了i的值呢？

不会的。因为 CAS 是一种原子操作，它是一种系统原语，是一条 CPU 的原子指令，从 CPU 层面已经保证它的原子性。

当多个线程同时使用 CAS 操作一个变量时，只有一个会胜出，并成功更新，其余均会失败，但失败的线程并不会被挂起，仅是被告知失败，并且允许再次尝试，当然也允许失败的线程放弃操作。

17.3 CAS的缺点

（1）ABA问题

如果一个线程t1正修改共享变量的值A，但还没修改，此时另一个线程t2获取到CPU时间片，将共享变量的值A修改为B，然后又修改为A，此时线程t1检查发现共享变量的值没有发生变化，但是实际上却变化了。

  • 解决办法： 使用版本号，在变量前面追加上版本号，每次变量更新的时候把版本号加1，那么A－B－A 就会变成1A-2B-3A。从Java1.5开始JUC包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。AtomicStampedReference类的compareAndSet方法作用是首先检查当前引用是否等于预期引用，并且当前版本号是否等于预期版本号，如果全部相等，则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值。
（2）循环时间长开销会比较大：

自旋重试时间，会给CPU带来非常大的执行开销

（3）只能保证一个共享变量的原子操作，不能保证同时对多个变量的原子性操作
  • 解决办法：
    从Java1.5开始JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，
    你可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作

17.4 CAS使用注意事项

  • （1）CAS需要和volatile配合使用

CAS只能保证变量的原子性，不能保证变量的内存可见性。CAS获取共享变量的值时，需要和volatile配合使用，来保证共享变量的可见性

  • （2）CAS适用于并发量不高、多核CPU的情况

CPU多核情况下可以同时执行，如果不合适就失败。而并发量过高，会导致自旋重试耗费大量的CPU资源

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