多线程面试题

简介: 本文章是自己总结的笔记,如有不对,请多指正,3Q

1、什么是Java内存模型


java内存模型简称JMM,定义了一个线程对另一个线程可见。共享变量存放在主内存中,每个线程都有自己的本地内存,当多个线程同时访问一个数据的时候,可能本地内存没有及时刷新到主内存,所以就会发生线程安全问题。


JMM是一种规范,目的是解决由于多线程通过共享内存进行通信时,存在的本地内存数据不一致、编译器会对代码指令重排序、处理器会对代码乱序执行等带来的问题。目的是保证并发编程场景中的原子性、可见性和有序性。


2、ThreadLocal作用


ThreadLocal提高一个线程的局部变量,访问某个线程拥有自己局部变量。当使用ThreadLocal维护变量时,ThreadLocal为每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,而不会影响其它线程所对应的副本。Threadlocal实现的底层是map实现的。


3、Volatile与synchronized的区别


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,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


4、怎么样保证线程可见性


可见性也就是说一旦某个线程修改了该被volatile修饰的变量,它会保证修改的值会立即被更新到主存,当有其他线程需要读取时,可以立即获取修改之后的值;


Synchronized 关键字 保证只能有一个线程操作当前数据;


5、谈谈你对并发队列的理解


实际就是阻塞队列与非阻塞队列的区别。


阻塞队列与非阻塞队列的区别在于,当队列是空的时,从队列中获取元素的操作将会被阻塞,或者当队列是满时,往队列里添加元素的操作会被阻塞。试图从空的阻塞队列中获取元素的线程将会被阻塞,直到其他的线程往空的队列插入新的元素。同样,试图往已满的阻塞队列中添加新元素的线程同样也会被阻塞,直到其他的线程使队列重新变得空闲起来,如从队列中移除一个或者多个元素,或者完全清空队列.


1.ArrayDeque, (数组双端队列)


2.PriorityQueue, (优先级队列)


3.ConcurrentLinkedQueue, (基于链表的并发队列)


4.DelayQueue, (延期阻塞队列)(阻塞队列实现了BlockingQueue接口)


5.ArrayBlockingQueue, (基于数组的并发阻塞队列)


6.LinkedBlockingQueue, (基于链表的FIFO阻塞队列)


7.LinkedBlockingDeque, (基于链表的FIFO双端阻塞队列)


8.PriorityBlockingQueue, (带优先级的无界阻塞队列)


9.SynchronousQueue (并发同步阻塞队列)


6、你了解哪些JDK并发包


⑴、(计数器)CountDownLatch


CountDownLatch 类位于java.util.concurrent包下,利用它可以实现类似计数器的功能。比如有一个任务A,它要等待其他4个任务执行完毕之后才能执行,此时就可以利用CountDownLatch来实现这种功能了。CountDownLatch是通过一个计数器来实现的,计数器的初始值为线程的数量。每当一个线程完成了自己的任务后,计数器的值就会减1。当计数器值到达0时,它表示所有的线程已经完成了任务,然后在闭锁上等待的线程就可以恢复执行任务。


⑵、CyclicBarrier初始化时规定一个数目,然后计算调用了CyclicBarrier.await()进入等待的线程数。当线程数达到了这个数目时,所有进入等待状态的线程被唤醒并继续。


CyclicBarrier就象它名字的意思一样,可看成是个障碍, 所有的线程必须到齐后才能一起通过这个障碍。


CyclicBarrier初始时还可带一个Runnable的参数, 此Runnable任务在CyclicBarrier的数目达到后,所有其它线程被唤醒前被执行。


⑶、(计数信号量)Semaphore


Semaphore是一种基于计数的信号量。它可以设定一个阈值,基于此,多个线程竞争获取许可信号,做自己的申请后归还,超过阈值后,线程申请许可信号将会被阻塞。Semaphore可以用来构建一些对象池,资源池之类的,比如数据库连接池,我们也可以创建计数为1的Semaphore,将其作为一种类似互斥锁的机制,这也叫二元信号量,表示两种互斥状态。它的用法如下:


availablePermits函数用来获取当前可用的资源数量


wc.acquire(); //申请资源


wc.release();// 释放资源


7、什么是线程池?作用,创建方式,原理、配置?


Java中的线程池是运用场景最多的并发框架,几乎所有需要异步或并发执行任务的程序都可以使用线程池。在开发过程中,合理地使用线程池能够带来3个好处。


⑴: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。


⑵: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。


⑶:提高线程的可管理性。线程是稀缺资源,如果无限制地创建,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分配、调优和监控。


作用:线程池是为突然大量爆发的线程设计的,通过有限的几个固定线程为大量的操作服务,减少了创建和销毁线程所需的时间,从而提高效率。


创建方式: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(FIFO, LIFO, 优先级)执行。


原理:


提交一个任务到线程池中,线程池的处理流程如下:


⑴判断线程池里的核心线程是否都在执行任务,如果不是(核心线程空闲或者还有核心线程没有被创建)则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程都在执行任务,则进入下个流程。


⑵、线程池判断工作队列是否已满,如果工作队列没有满,则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了,则进入下个流程。


⑶、判断线程池里的线程是否都处于工作状态,如果没有,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了,则交给饱和策略来处理这个任务。

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corePoolSize: 核心池的大小。 当有任务来之后,就会创建一个线程去执行任务,当线程池中的线程数目达到corePoolSize后,就会把到达的任务放到缓存队列当中


maximumPoolSize: 线程池最大线程数,它表示在线程池中最多能创建多少个线程;

keepAliveTime: 表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。

unit: 参数keepAliveTime的时间单位,有7种取值,在TimeUnit类中有7种静态属性


配置:CPU密集型时,任务可以少配置线程数,大概和机器的cpu核数相当,这样可以使得每个线程都在执行任务


IO密集型时,大部分线程都阻塞,故需要多配置线程数,2*cpu核数


操作系统之名称解释:


某些进程花费了绝大多数时间在计算上,而其他则在等待I/O上花费了大多是时间,


前者称为计算密集型(CPU密集型)computer-bound,后者称为I/O密集型,I/O-bound。


8、什么是重排序?什么情况下重排序对程序有影响


编译器和处理器可能会对操作做重排序。编译器和处理器在重排序时,会遵守数据依赖性,编译器和处理器不会改变存在数据依赖关系的两个操作的执行顺序。


注意,这里所说的数据依赖性仅针对单个处理器中执行的指令序列和单个线程中执行的操作,不同处理器之间和不同线程之间的数据依赖性不被编译器和处理器考虑。


多线程中,重排序会导致脏数据,发生线程安全问题。


9、请问ThreadPoolExecutor有哪些参数


⑴、corePoolSize:核心线程数


       * 核心线程会一直存活,及时没有任务需要执行


       * 当线程数小于核心线程数时,即使有线程空闲,线程池也会优先创建新线程处理


       * 设置allowCoreThreadTimeout=true(默认false)时,核心线程会超时关闭


⑵、queueCapacity:任务队列容量(阻塞队列)


       * 当核心线程数达到最大时,新任务会放在队列中排队等待执行


⑶、maxPoolSize:最大线程数


       * 当线程数>=corePoolSize,且任务队列已满时。线程池会创建新线程来处理任务


       * 当线程数=maxPoolSize,且任务队列已满时,线程池会拒绝处理任务而抛出异常


⑷、 keepAliveTime:线程空闲时间


       * 当线程空闲时间达到keepAliveTime时,线程会退出,直到线程数量=corePoolSize


       * 如果allowCoreThreadTimeout=true,则会直到线程数量=0


10、你了解哪些锁?


公平锁和非公平锁:公平锁就是线程按照次序依次进行,不公平锁就是不按照次序进行,可能是根据优先级竞争锁


可重入锁:可重入锁又名递归锁,是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候,在进入内层方法会自动获取锁,如果不这样,另一个线程持有方法内的锁,而不持有外面的锁,则会发生死锁,导致程序卡死。


伪代码:

synchronized void setA() throws Exception{
    Thread.sleep(1000);
    setB();
}
synchronized void setB() throws Exception{
    Thread.sleep(1000);
}


互斥锁在Java中的具体实现就是ReentrantLock


读写锁在Java中的具体实现就是ReadWriteLock


      乐观锁悲观锁


  悲观锁认为对于同一个数据的并发操作,一定是会发生修改的,哪怕没有修改,也会认为修改。因此对于同一个数据的并发操作,悲观锁采取加锁的形式。悲观的认为,不加锁的并发操作一定会出问题。


乐观锁则认为对于同一个数据的并发操作,是不会发生修改的。在更新数据的时候,会采用尝试更新,不断重新的方式更新数据。乐观的认为,不加锁的并发操作是没有事情的。


悲观锁适合写操作非常多的场景,乐观锁适合读操作非常多的场景,不加锁会带来大量的性能提升。


悲观锁在Java中的使用,就是利用各种锁。


乐观锁在Java中的使用,是无锁编程,常常采用的是CAS算法,典型的例子就是原子类,通过CAS自旋实现原子操作的更新。


11、你用过哪些原子类


AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean


12、什么是CAS


CAS是英文单词Compare And Swap的缩写,翻译过来就是比较并替换,是一种乐观锁,但是存在弊端,如果a 从10--->20----->10,他认识a没有发生变化;如果一个程序想要修改一个值修改不成功就会一直修改,使CPU开销变大;不能保证代码块的原子性,若要实现代码块的原子性只能使用Synchronized关键字。


13、自旋锁与互斥锁的区别


互斥锁:线程会从sleep(加锁)——>running(解锁),过程中有上下文的切换,cpu的抢占,信号的发送等开销;


自旋锁:线程一直是running(加锁——>解锁),死循环检测锁的标志位,机制不复杂,主要用于SMP和内核可抢占下,因为在内核不可抢占下,cpu在执行空操作;


互斥锁的起始原始开销要高于自旋锁,但是基本是一劳永逸,临界区持锁时间的大小并不会对互斥锁的开销造成影响,而自旋锁是死循环检测,加锁全程消耗cpu,起始开销虽然低于互斥锁,但是随着持锁时间,加锁的开销是线性增长


14、Callable与Thread的区别?


实现多线程有三种方法,一种是继承Thread类;第二种是实现Runnable接口;第三种是实现Callable接口。Callable 使用 call() 方法, Runnable 使用 run() 方法 ,call() 可以返回值, 而 run()方法不能返回。 call() 可以抛出受检查的异常,比如ClassNotFoundException, 而run()不能抛出受检查的异常。


15、Lock底层原理?


AbstractQueuedSynchronizer(AQS?)


lock的存储结构:一个int类型状态值(用于锁的状态变更),一个双向链表(用于存储等待中的线程)


lock获取锁的过程:本质上是通过CAS来获取状态值修改,如果当场没获取到,会将该线程放在线程等待链表中。


lock释放锁的过程:修改状态值,调整等待链表。


16、Synchronized底层实现原理?


synchronized的底层也是一个基于CAS操作的等待队列,但JVM实现的更精细,把等待队列分为ContentionList和EntryList,目的是为了降低线程的出列速度;当然也实现了偏向锁,从数据结构来说二者设计没有本质区别。但synchronized还实现了自旋锁,并针对不同的系统和硬件体系进行了优化,而Lock则完全依靠系统阻塞挂起等待线程。


17、Lock与synchronized 关键字的区别


Lock 接口可以尝试非阻塞地获取锁 当前线程尝试获取锁。如果这一时刻锁没有被其他线程获取到,则成功获取并持有锁。


Lock 接口能被中断地获取锁 与 synchronized 不同,获取到锁的线程能够响应中断,当获取到的锁的线程被中断时,中断异常将会被抛出,同时锁会被释放。


Lock 接口在指定的截止时间之前获取锁,如果截止时间到了依旧无法获取锁,则返回。







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