《面试专题-----经典高频面试题收集三》解锁 Java 面试的关键：深度解析并发编程基础篇高频经典面试题（第三篇）

进程: 本质上是⼀个独⽴执⾏的程序，进程是操作系统进⾏资源分配和调度的基本概念，操作系统进⾏资源分配和调度的⼀个独⽴单位
线程:是操作系统能够进⾏运算调度的最⼩单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。⼀个进程中可以并发多个线程，每条线程执⾏不同的任务，切换受系统控制
 
协程: ⼜称为微线程，是⼀种⽤户态的轻量级线程，协程不像线程和进程需要进⾏系统内核上的上下⽂切换，协程的上下⽂切换是由⽤户⾃⼰决定的，有⾃⼰的上下⽂，所以说是轻量级的线程，也称之为⽤户级别的线程，⼀个线程可以多个协程，线程进程都是同步机制，⽽协程则是异步 
Java的原⽣语法中并没有实现协程，⽬前python、Lua和GO等语⾔⽀持
关系：⼀个进程可以有多个线程，它允许计算机同时运⾏两个或多个程序。线程是进程的最⼩执⾏单位，CPU的调度切换的是进程和线程，进程和线程多了之后调度会消耗⼤量的CPU，CPU上真正运⾏的是线程，线程可以对应多个协程

优点： 
    ⾮常快速的上下⽂切换，不⽤系统内核的上下⽂切换，减⼩开销 
    单线程即可实现⾼并发，单核CPU可以⽀持上万的协程 
    由于只有⼀个线程，也不存在同时写变量的冲突，在协程中控制共享资源不需要加锁 缺点： 
    协程⽆法利⽤多核资源，本质也是个单线程 
    协程需要和进程配合才能运⾏在多CPU上 
    ⽬前java没成熟的第三⽅库，存在⻛险 
    调试debug存在难度，不利于发现问题

并发 concurrency： 
    ⼀台处理器上同时处理任务, 这个同时实际上是交替处理多个任务，程序中可以同时拥有两个或者多个线程，当有多个线程在操作时，如果系统只有⼀个CPU，则它根本不可能真正同时进⾏⼀个以上的线程，它只能把CPU运⾏时间划分成若⼲个时间段，再将时间段分配给各个线程执⾏
    
并⾏ parallellism： 
    多个CPU上同时处理多个任务，⼀个CPU执⾏⼀个进程时，另⼀个CPU可以执⾏另⼀个进程，两个进程互不抢占CPU资源，可以同时进⾏   
并发指在⼀段时间内宏观上去处理多个任务。 并⾏指同⼀个时刻，多个任务确实真的同时运⾏  
例⼦： 
    并发是⼀⼼多⽤，听课和看电影，但是CPU⼤脑只有⼀个，所以轮着来 
    并⾏：⽕影忍者中的影分身，有多个你出现，可以分别做不同的事情 
    
⼀个项⽬经理A和3个程序B C D的故事 
单线程 
    并发：A给B讲完需求，B⾃⼰去实现，期间A继续给C和D讲，不⽤等待某个程序员去完成，期间项⽬经理没空闲下来 
    并⾏：直接找3个项⽬经理分别分配给3个程序员

●继承Thread
//继承Thread，重写⾥⾯run⽅法，创建实例，执⾏start 
//优点：代码编写最简单直接操作 
//缺点：没返回值，继承⼀个类后，没法继承其他的类，拓展性差
public class ThreadDemo1 extends Thread {  
    @Override  
    public void run() {  
        System.out.println("继承Thread实现多线程，名 称："+Thread.currentThread().getName());  
    } 
}
public static void main(String[] args) {  
    ThreadDemo1 threadDemo1 = new ThreadDemo1();  
    threadDemo1.setName("demo1");  
    threadDemo1.start();  
    System.out.println("主线程名称："+Thread.currentThread().getName()); 
}
●实现Runnable
//⾃定义类实现Runnable，实现⾥⾯run⽅法，创建Thread类，使⽤Runnable接⼝的实现对象作为参数传递给Thread对象，调⽤Strat⽅法 
//优点：线程类可以实现多个⼏接⼝，可以再继承⼀个类 
//缺点：没返回值，不能直接启动，需要通过构造⼀个Thread实例传递进去启动
//JDK8之后采⽤lambda表达式 
public static void main(String[] args) {  
    Thread thread = new Thread(()->{  
    System.out.println("通过Runnable实现多线程，名 称："+Thread.currentThread().getName());  }
    );  
    thread.setName("demo2");  
    thread.start();  
    System.out.println("主线程名称："+Thread.currentThread().getName()); }
●通过Callable和FutrueTask方式
//创建callable接⼝的实现类，并实现call⽅法，结合FutureTask类包装Callable对象，实现多线程 
//优点：有返回值，拓展性也⾼ 
//缺点：jdk5以后才⽀持，需要重写call⽅法，结合多个类⽐如FutureTask和Thread类
public class MyTask implements Callable {  
    @Override
    public Object call() throws Exception {      System.out.println("通过Callable实现多线程，名 称："+Thread.currentThread().getName());  return "这是返回值";  
    } 
}
public static void main(String[] args) {  
    FutureTask futureTask = new FutureTask<>(()->{  System.out.println("通过Callable实现多线程，名 称："+Thread.currentThread().getName());  
    return "这是返回值";  
    });
    
    Thread thread = new Thread(futureTask); 
    thread.setName("demo3");  
    thread.start();  
    System.out.println("主线程名 称:"+Thread.currentThread().getName());
    
    try {  
        System.out.println(futureTask.get());  
    } catch (InterruptedException e) {  
        //阻塞等待中被中断，则抛出  
        e.printStackTrace();  
    } catch (ExecutionException e) {  
        //执⾏过程发送异常被抛出  
        e.printStackTrace();  
    }  
}
●通过线程池创建线程
//⾃定义Runnable接⼝，实现run⽅法，创建线程池，调⽤执⾏⽅法并传⼊对象 
//优点：安全⾼性能，复⽤线程 
//缺点: jdk5后才⽀持，需要结合Runnable进⾏使⽤
public class ThreadDemo4 implements Runnable {  
    @Override  
    public void run() {  
    System.out.println("通过线程池+runnable实现多线程，名 称："+Thread.currentThread().getName());  
    } 
}
public static void main(String[] args) {  
    ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);  
    for(int i=0;i<10;i++){  
        executorService.execute(new ThreadDemo4());  
    }  
    System.out.println("主线程名 称:"+Thread.currentThread().getName());  
    //关闭线程池  
    executorService.shutdown();
}

常⻅的5种状态：
    创建(NEW): ⽣成线程对象，但是并没有调⽤该对象start(), new Thread()  
    就绪(Runnable)：当调⽤线程对象的start()⽅法，线程就进⼊就绪状态，但是此刻线程调度还没把该线程设置为当前线程，就是没获得CPU使⽤权。如果线程运⾏后，从等待或者睡眠中回来之后，也会进⼊就绪状态。注意:有些⽂档把就绪和运⾏两种状态统⼀称为 “运⾏中” 
    运⾏(Running) 程序将处于就绪状态的线程设置为当前线程，即获得CPU使⽤权，这个时候线程进⼊运⾏状态，开始运⾏run⾥⾯的逻辑 
    阻塞(Blocked) 等待阻塞：进⼊该状态的线程需要等待其他线程作出⼀定动作(通知或中断)，这种状态的话CPU不会分配过来，他们需要被唤醒，可能也会⽆限等待下去。⽐如调⽤wait(状态就会变成 WAITING状态)，也可能通过调⽤sleep(状态就会变成TIMED_WAITING), join或者发出IO请求，阻塞结束后线程重新进⼊就绪状态 
    同步阻塞：线程在获取synchronized同步锁失败，即锁被其他线程占⽤，它就会进⼊同步阻塞状态 
    备注：相关资料会⽤细分下⾯的状态  
        等待(WAITING)：进⼊该状态的线程需要等待其他线程做出⼀些特定动作（通知或中断）
        超时等待(TIMED_WAITING)：该状态不同于WAITING，它可以在指定的时间后⾃⾏返回 
    死亡(TERMINATED):⼀个线程run⽅法执⾏结束，该线程就死亡了，不能进⼊就绪状态

sleep 属于线程Thread的⽅法，让线程暂缓执⾏，等待预计时间之后再恢复，交出CPU使⽤权，不会释放锁，进⼊阻塞状态TIME_WAITGING，睡眠结束变为就绪Runnable 
yield 属于线程Thread的⽅法  t1/t2/t3 暂停当前线程的对象，去执⾏其他线程 交出CPU使⽤权，不会释放锁，和sleep类似 
作⽤：让相同优先级的线程轮流执⾏，但是不保证⼀定轮流 
注意：不会让线程进⼊阻塞状态，直接变为就绪Runnable，只需要重新获得CPU使⽤权 
join 属于线程Thread的⽅法 在主线程上运⾏调⽤该⽅法，会让主线程休眠，不会释放已经持有的对象锁 让调⽤join⽅法的线程先执⾏完毕，在执⾏其他线程 类似让救护⻋警⻋优先通过 
wait 属于Object的⽅法 当前线程调⽤对象的wait⽅法，会释放锁，进⼊线程的等待队列 需要依靠notify或者notifyAll唤醒，或者wait(timeout)时间⾃动唤醒 
notify 属于Object的⽅法 唤醒在对象监视器上等待的单个线程，选择是任意的 
notifyAll 属于Object的⽅法 唤醒在对象监视器上等待的全部线程

异步任务：⽤户注册、记录⽇志、数据解析
定时任务：定期备份⽇志、备份数据库
分布式计算：Hadoop处理任务mapreduce，master-wark(单机单进程) 
服务器编程：Socket⽹络编程，⼀个连接⼀个线程

加锁，⽐如synchronized/ReentrantLock 
使⽤volatile声明变量，轻量级同步，不能保证原⼦性(需要解释) 
使⽤线程安全类(原⼦类AtomicXXX，并发容器，同步容器）
CopyOnWriteArrayList/ConcurrentHashMap等 
ThreadLocal本地私有变量/信号量Semaphore等

volatile是轻量级的synchronized，保证了共享变量的可⻅性，被volatile关键字修饰的变量，如果值发⽣了变化，其他线程⽴刻可⻅，避免出现脏读现象
volatile：保证可⻅性，但是不能保证原⼦性 
synchronized：保证可⻅性，也保证原⼦性 
使⽤场景 
1、不能修饰写⼊操作依赖当前值的变量，⽐如num++、num=num+1,不是原⼦操作，⾁眼看起来是，但是JVM字节码层⾯不⽌⼀步 
2、由于禁⽌了指令重排，所以JVM相关的优化没了，效率会偏弱

JAVA内存模型简称：JMM 
JVM规定所有的变量存在在主内存，每个线程有⾃⼰的⼯作内存，线程对变量的操作都在⼯作内存中进⾏，不能直接对主内存就⾏操作
使⽤volatile修饰变量 每次读取前必须从主内存获取最新的值 每次写⼊需要⽴刻写到主内存中
volatile关键字修修饰的变量随时看到的⾃⼰的最新值，假如线程1对变量v进⾏修改，那么线程2 是可以⻢上看⻅

指令重排序分两类：编译器重排序和运⾏时重排序 
JVM在编译java代码或者CPU执⾏JVM字节码时，对现有的指令进⾏重新排序，主要⽬的是优化运⾏效率(不改变程序结果的前提) 
int a = 3 //1 
int b = 4 //2 
int c = 5 //3  
int h = a*b*c //4 
定义顺序 1,2,3,4 计算顺序 1,3,2,4 和 2,1,3,4 结果都是⼀样 
虽然指令重排序可以提⾼执⾏效率，但是多线程上可能会影响结果，有什么解决办法？ 
解决办法：内存屏障 
解释：内存屏障是屏障指令，使CPU对屏障指令之前和之后的内存操作执⾏结果的⼀种约束

先⾏发⽣原则，volatile的内存可⻅性就体现了该原则之⼀
例⼦： 
//线程A操作 
int k = 1; 
//线程B操作 
int j = k; 
//线程C操作 
int k = 2;
分析： 
假设线程A中的操作“k=1”先⾏发⽣于线程B的操作“j=k”，那确定在线程B的操作执⾏后，变量j的值 ⼀定等于1，依据有两个：⼀是先⾏发⽣原则，“k=1”的结果可以被观察到；⼆是第三者线程C还没出现，线程A操作结束之后没有其他线程会修改变量k的值。 
但是考虑线程C出现了，保持线程A和线程B之间的先⾏发⽣关系，线程C出现在线程A和线程B的操作之间，但是线程C与线程B没有先⾏发⽣关系，那j的值会是多少？答案是1和2都有可能，因为线程C对变量k的影响可能会被线程B观察到，也可能不会，所以线程B就存在读取到不符合预期数据的⻛险，不具备多线程安全性
⼋⼤原则(对这个不理解，⼀定要去补充相关博⽂知识) 
1、程序次序规则 
2、管程锁定规则 
3、volatile变量规则 
4、线程启动规则 
5、线程中断规则 
6、线程终⽌规则 
7、对象终结规则 
8、传递性

public class BlogEnding {
    public static void main(String[] args) {
        encourageEngagement();
    }
    public static void encourageEngagement() {
        System.out.println("🚀 感谢您阅读本文！如果您觉得有收获，请一键三连：点赞 ❤️️、转发 🔁、评论 💬，并加关注哦！");
    }
}