多线程

第三部分网友整理

35.并行和并发有什么区别?

答:

  • 并发在单核和多核都可存在,就是同一时间有多个可以执行的进程。但是在单核中同一时刻只有一个进程获得CPU,虽然宏观上你认为多个进程都在进行
  • 并行是指同一时间多个进程在微观上都在真正的执行,这就只有在多核的情况下了

36.线程和进程的区别?

答:

  • 线程:是程序执行流的最小单元,是系统独立调度和分配CPU(独立运行)的基本单位
  • 进程:是资源分配的基本单位。一个进程包括多个线程

区别:

  1. 线程与资源分配无关,它属于某一个进程,并与进程内的其他线程一起共享进程的资源
  2. 每个进程都有自己一套独立的资源(数据),供其内的所有线程共享
  3. 不论是大小,开销线程要更“轻量级”
  4. 一个进程内的线程通信比进程之间的通信更快速,有效。(因为共享变量)

37.守护线程是什么?

答:

Java分为两种线程:用户线程和守护线程

所谓守护线程是指在程序运行的时候在后台提供一种通用服务的线程,比如垃圾回收线程就是一个很称职的守护者,并且这种线程并不属于程序中不可或缺的部分。因 此,当所有的非守护线程结束时,程序也就终止了,同时会杀死进程中的所有守护线程。反过来说,只要任何非守护线程还在运行,程序就不会终止。

守护线程和用户线程的没啥本质的区别:唯一的不同之处就在于虚拟机的离开:如果用户线程已经全部退出运行了,只剩下守护线程存在了,虚拟机也就退出了。 因为没有了被守护者,守护线程也就没有工作可做了,也就没有继续运行程序的必要了。

将线程转换为守护线程可以通过调用Thread对象的setDaemon(true)方法来实现。在使用守护线程时需要注意一下几点:

(1) thread.setDaemon(true)必须在thread.start()之前设置,否则会跑出一个IllegalThreadStateException异常。你不能把正在运行的常规线程设置为守护线程。

(2) 在Daemon线程中产生的新线程也是Daemon的。

(3) 守护线程应该永远不去访问固有资源,如文件、数据库,因为它会在任何时候甚至在一个操作的中间发生中断。

Java的守护线程与非守护线程

38.创建线程有哪几种方式?

答:

  • 继承Threa类创建线程
  • 实现Runnable接口创建线程
  • 通过Callable和Future创建线程

39.说一下 runnable 和 callable 有什么区别?

答:

相同点

都是接口

都可以编写多线程程序

都采用Thread.start()启动线程

不同点

Runnable没有返回值;Callable可以返回执行结果,是个泛型,和Future、FutureTask配合可以用来获取异步执行的结果

Callable接口的call()方法允许抛出异常;Runnable的run()方法异常只能在内部消化,不能往上继续抛

:Callalbe接口支持返回执行结果,需要调用FutureTask.get()得到,此方法会阻塞主进程的继续往下执行,如果不调用不会阻塞。

Java Runnable与Callable区别

40.线程有哪些状态?

答:创建、就绪、运行、阻塞、死亡

41.sleep() 和 wait() 有什么区别?

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。

而当调用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。

42.notify()和 notifyAll()有什么区别?

notify和notifyAll的区别

43.线程的 run()和 start()有什么区别?

1) start:
  用start方法来启动线程,真正实现了多线程运行,这时无需等待run方法体代码执行完毕而直接继续执行下面的代码。通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程,这时此线程处于就绪(可运行)状态,并没有运行,一旦得到cpu时间片,就开始执行run()方法,这里方法 run()称为线程体,它包含了要执行的这个线程的内容,Run方法运行结束,此线程随即终止。
2) run:
  run()方法只是类的一个普通方法而已,如果直接调用Run方法,程序中依然只有主线程这一个线程,其程序执行路径还是只有一条,还是要顺序执行,还是要等待run方法体执行完毕后才可继续执行下面的代码,这样就没有达到写线程的目的。总结:调用start方法方可启动线程,而run方法只是thread的一个普通方法调用,还是在主线程里执行。这两个方法应该都比较熟悉,把需要并行处理的代码放在run()方法中,start()方法启动线程将自动调用 run()方法,这是由jvm的内存机制规定的。并且run()方法必须是public访问权限,返回值类型为void。

44.创建线程池有哪几种方式?

Java通过Executors提供四种线程池,分别为:
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。

Executors创建的4种线程池的使用

45.线程池都有哪些状态?

线程池的5种状态:Running、ShutDown、Stop、Tidying、Terminated。

 

1、RUNNING

(1) 状态说明:线程池处在RUNNING状态时,能够接收新任务,以及对已添加的任务进行处理。 
(2) 状态切换:线程池的初始化状态是RUNNING。换句话说,线程池被一旦被创建,就处于RUNNING状态,并且线程池中的任务数为0!

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));

2、 SHUTDOWN

(1) 状态说明:线程池处在SHUTDOWN状态时,不接收新任务,但能处理已添加的任务。 
(2) 状态切换:调用线程池的shutdown()接口时,线程池由RUNNING -> SHUTDOWN。

3、STOP

(1) 状态说明:线程池处在STOP状态时,不接收新任务,不处理已添加的任务,并且会中断正在处理的任务。 
(2) 状态切换:调用线程池的shutdownNow()接口时,线程池由(RUNNING or SHUTDOWN ) -> STOP。

4、TIDYING

(1) 状态说明:当所有的任务已终止,ctl记录的”任务数量”为0,线程池会变为TIDYING状态。当线程池变为TIDYING状态时,会执行钩子函数terminated()。terminated()在ThreadPoolExecutor类中是空的,若用户想在线程池变为TIDYING时,进行相应的处理;可以通过重载terminated()函数来实现。 
(2) 状态切换:当线程池在SHUTDOWN状态下,阻塞队列为空并且线程池中执行的任务也为空时,就会由 SHUTDOWN -> TIDYING。 
当线程池在STOP状态下,线程池中执行的任务为空时,就会由STOP -> TIDYING。

5、 TERMINATED

(1) 状态说明:线程池彻底终止,就变成TERMINATED状态。 
(2) 状态切换:线程池处在TIDYING状态时,执行完terminated()之后,就会由 TIDYING -> TERMINATED。

46.线程池中 submit()和 execute()方法有什么区别?

1、接收的参数不一样

2、submit有返回值,而execute没有

Method submit extends base method Executor.execute by creating and returning a Future that can be used to cancel execution and/or wait for completion. 

用到返回值的例子,比如说我有很多个做validation的task,我希望所有的task执行完,然后每个task告诉我它的执行结果,是成功还是失败,如果是失败,原因是什么。然后我就可以把所有失败的原因综合起来发给调用者。

个人觉得cancel execution这个用处不大,很少有需要去取消执行的。

而最大的用处应该是第二点。

3、submit方便Exception处理

There is a difference when looking at exception handling. If your tasks throws an exception and if it was submitted with execute this exception will go to the uncaught exception handler (when you don't have provided one explicitly, the default one will just print the stack trace to System.err). If you submitted the task with submit any thrown exception, checked or not, is then part of the task's return status. For a task that was submitted with submit and that terminates with an exception, the Future.get will rethrow this exception, wrapped in an ExecutionException.

意思就是如果你在你的task里会抛出checked或者unchecked exception,而你又希望外面的调用者能够感知这些exception并做出及时的处理,那么就需要用到submit,通过捕获Future.get抛出的异常。

ExecutorService中submit和execute的区别

47.在 java 程序中怎么保证多线程的运行安全?

线程安全在三个方面体现

1.原子性:提供互斥访问,同一时刻只能有一个线程对数据进行操作,(atomic,synchronized);

2.可见性:一个线程对主内存的修改可以及时地被其他线程看到,(synchronized,volatile);

3.有序性:一个线程观察其他线程中的指令执行顺序,由于指令重排序,该观察结果一般杂乱无序,(happens-before原则)。

Java多线程并发编程要保证线程安全的3个要素

48.多线程锁的升级原理是什么?

java中锁的表现形式

  对于普通的方法,锁是当前的实例对象
  对于静态同步方法,锁是当前类的class对象
  对于同步代码块,锁是代码块中的对象
java对象头

  synchronized所使用的锁是存放在java的对象头中的,如果对象是数组类型,虚拟机使用3个字宽存储对象头,如果对象是非数组类型,则使用2字宽来存储对象头

锁的升级

  首先要了解偏向锁和轻量级锁,偏向锁就是在不存在大量线程竞争的情况下,锁不存在多线程竞争,每次都有同一个线程多次获得,这个时候为了让获得锁的代价更低廉,就是用了偏向锁

  当一个线程获取了锁之后,就会在对象头和栈帧中的锁记录里面存储偏向的锁id,以后线程再次进入,只需要测试对象头的Mark Word是否存储着当前线程的偏向锁即可,如果测试失败,则查看是否设置了偏向锁的标识,如果设置了,则进行锁升级使用CAS自旋锁进行锁竞争,这时锁已经升级为了轻量级锁,将对象头的偏向锁指向当前线程
  当偏向锁升级为轻量级锁之后(CAS) 如果成功将对象头替换回去,则表示没有竞争发生,由轻量级锁退化为偏向锁,如果替换失败,则说明有连个以上的线程进行锁的竞争,将其变为重量级锁

锁的优缺点对比

 

锁升级中涉及到的几种锁简介

锁升级

49.什么是死锁?

  死锁是指多个进程因竞争资源而造成的一种僵局(互相等待),若无外力作用,这些进程都将无法向前推进。例如,在某一个计算机系统中只有一台打印机和一台输入 设备,进程P1正占用输入设备,同时又提出使用打印机的请求,但此时打印机正被进程P2 所占用,而P2在未释放打印机之前,又提出请求使用正被P1占用着的输入设备。这样两个进程相互无休止地等待下去,均无法继续执行,此时两个进程陷入死锁状态。

当然死锁的产生是必须要满足一些特定条件的: 
  1.互斥条件:进程对于所分配到的资源具有排它性,即一个资源只能被一个进程占用,直到被该进程释放 
  2.请求和保持条件:一个进程因请求被占用资源而发生阻塞时,对已获得的资源保持不放。 
  3.不剥夺条件:任何一个资源在没被该进程释放之前,任何其他进程都无法对他剥夺占用 
  4.循环等待条件:当发生死锁时,所等待的进程必定会形成一个环路(类似于死循环),造成永久阻塞。

什么是死锁,简述死锁发生的四个必要条件,如何避免与预防死锁

50.怎么防止死锁?

51.ThreadLocal 是什么?有哪些使用场景?

ThreadLoal 变量,线程局部变量,同一个 ThreadLocal 所包含的对象,在不同的 Thread 中有不同的副本。这里有几点需要注意:

    • 因为每个 Thread 内有自己的实例副本,且该副本只能由当前 Thread 使用。这是也是 ThreadLocal 命名的由来。
    • 既然每个 Thread 有自己的实例副本,且其它 Thread 不可访问,那就不存在多线程间共享的问题。

ThreadLocal 提供了线程本地的实例。它与普通变量的区别在于,每个使用该变量的线程都会初始化一个完全独立的实例副本。ThreadLocal 变量通常被private static修饰。当一个线程结束时,它所使用的所有 ThreadLocal 相对的实例副本都可被回收。

总的来说,ThreadLocal 适用于每个线程需要自己独立的实例且该实例需要在多个方法中被使用,也即变量在线程间隔离而在方法或类间共享的场景。

ThreadLocal 适用于如下两种场景

    • 每个线程需要有自己单独的实例
    • 实例需要在多个方法中共享,但不希望被多线程共享

对于第一点,每个线程拥有自己实例,实现它的方式很多。例如可以在线程内部构建一个单独的实例。ThreadLoca 可以以非常方便的形式满足该需求。

对于第二点,可以在满足第一点(每个线程有自己的实例)的条件下,通过方法间引用传递的形式实现。ThreadLocal 使得代码耦合度更低,且实现更优雅。

1)存储用户Session

private static final ThreadLocal threadSession = new ThreadLocal();

    public static Session getSession() throws InfrastructureException {
        Session s = (Session) threadSession.get();
        try {
            if (s == null) {
                s = getSessionFactory().openSession();
                threadSession.set(s);
            }
        } catch (HibernateException ex) {
            throw new InfrastructureException(ex);
        }
        return s;
    }

2)解决线程安全的问题

public class DateUtil {
    private static ThreadLocal<SimpleDateFormat> format1 = new ThreadLocal<SimpleDateFormat>() {
        @Override
        protected SimpleDateFormat initialValue() {
            return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        }
    };

    public static String formatDate(Date date) {
        return format1.get().format(date);
    }
}

52.说一下 synchronized 底层实现原理?

Java并发编程:Synchronized及其实现原理

53.synchronized 和 volatile 的区别是什么?

volatile和synchronized特点

首先需要理解线程安全的两个方面:执行控制内存可见

执行控制的目的是控制代码执行(顺序)及是否可以并发执行。

内存可见控制的是线程执行结果在内存中对其它线程的可见性。根据Java内存模型的实现,线程在具体执行时,会先拷贝主存数据到线程本地(CPU缓存),操作完成后再把结果从线程本地刷到主存。

synchronized关键字解决的是执行控制的问题,它会阻止其它线程获取当前对象的监控锁,这样就使得当前对象中被synchronized关键字保护的代码块无法被其它线程访问,也就无法并发执行。更重要的是,synchronized还会创建一个内存屏障,内存屏障指令保证了所有CPU操作结果都会直接刷到主存中,从而保证了操作的内存可见性,同时也使得先获得这个锁的线程的所有操作,都happens-before于随后获得这个锁的线程的操作。

volatile关键字解决的是内存可见性的问题,会使得所有对volatile变量的读写都会直接刷到主存,即保证了变量的可见性。这样就能满足一些对变量可见性有要求而对读取顺序没有要求的需求。

使用volatile关键字仅能实现对原始变量(如boolen、 short 、int 、long等)操作的原子性,但需要特别注意, volatile不能保证复合操作的原子性,即使只是i++,实际上也是由多个原子操作组成:read i; inc; write i,假如多个线程同时执行i++volatile只能保证他们操作的i是同一块内存,但依然可能出现写入脏数据的情况。

在Java 5提供了原子数据类型atomic wrapper classes,对它们的increase之类的操作都是原子操作,不需要使用sychronized关键字。

对于volatile关键字,当且仅当满足以下所有条件时可使用:

1. 对变量的写入操作不依赖变量的当前值,或者你能确保只有单个线程更新变量的值。
2. 该变量没有包含在具有其他变量的不变式中。

volatile和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

54.synchronized 和 Lock 有什么区别?

  synchronized是基于jvm底层实现的数据同步,lock是基于Java编写,主要通过硬件依赖CPU指令实现数据同步。

synchronized和lock比较浅析

55.synchronized 和 ReentrantLock 区别是什么?

基本概念

1、ReentrantLock 拥有Synchronized相同的并发性和内存语义,此外还多了 锁投票,定时锁等候和中断锁等候

     线程A和B都要获取对象O的锁定,假设A获取了对象O锁,B将等待A释放对O的锁定,

     如果使用 synchronized ,如果A不释放,B将一直等下去,不能被中断

     如果 使用ReentrantLock,如果A不释放,可以使B在等待了足够长的时间以后,中断等待,而干别的事情

    ReentrantLock获取锁定与三种方式:
    a)  lock(), 如果获取了锁立即返回,如果别的线程持有锁,当前线程则一直处于休眠状态,直到获取锁

    b) tryLock(), 如果获取了锁立即返回true,如果别的线程正持有锁,立即返回false;

    c)tryLock(long timeout,TimeUnit unit),   如果获取了锁定立即返回true,如果别的线程正持有锁,会等待参数给定的时间,在等待的过程中,如果获取了锁定,就返回true,如果等待超时,返回false;

    d) lockInterruptibly:如果获取了锁定立即返回,如果没有获取锁定,当前线程处于休眠状态,直到或者锁定,或者当前线程被别的线程中断

2、synchronized是在JVM层面上实现的,不但可以通过一些监控工具监控synchronized的锁定,而且在代码执行时出现异常,JVM会自动释放锁定,但是使用Lock则不行,lock是通过代码实现的,要保证锁定一定会被释放,就必须将unLock()放到finally{}中

3、在资源竞争不是很激烈的情况下,Synchronized的性能要优于ReetrantLock,但是在资源竞争很激烈的情况下,Synchronized的性能会下降几十倍,但是ReetrantLock的性能能维持常态;

下面内容 是转载 http://zzhonghe.iteye.com/blog/826162

5.0的多线程任务包对于同步的性能方面有了很大的改进,在原有synchronized关键字的基础上,又增加了ReentrantLock,以及各种Atomic类。了解其性能的优劣程度,有助与我们在特定的情形下做出正确的选择。 

总体的结论先摆出来:  

synchronized: 
在资源竞争不是很激烈的情况下,偶尔会有同步的情形下,synchronized是很合适的。原因在于,编译程序通常会尽可能的进行优化synchronize,另外可读性非常好,不管用没用过5.0多线程包的程序员都能理解。 

ReentrantLock: 
ReentrantLock提供了多样化的同步,比如有时间限制的同步,可以被Interrupt的同步(synchronized的同步是不能Interrupt的)等。在资源竞争不激烈的情形下,性能稍微比synchronized差点点。但是当同步非常激烈的时候,synchronized的性能一下子能下降好几十倍。而ReentrantLock确还能维持常态。 

Atomic: 
和上面的类似,不激烈情况下,性能比synchronized略逊,而激烈的时候,也能维持常态。激烈的时候,Atomic的性能会优于ReentrantLock一倍左右。但是其有一个缺点,就是只能同步一个值,一段代码中只能出现一个Atomic的变量,多于一个同步无效。因为他不能在多个Atomic之间同步。 


所以,我们写同步的时候,优先考虑synchronized,如果有特殊需要,再进一步优化。ReentrantLock和Atomic如果用的不好,不仅不能提高性能,还可能带来灾难。

补充两者唤醒线程方式+线程切换

只要线程可以在30到50次自旋里拿到锁,那么Synchronized就不会升级为重量级锁,而等待的线程也就不用被挂起,我们也就少了挂起和唤醒这个上下文切换的过程开销.

但如果是ReentrantLock呢?不会自旋,而是直接被挂起,这样一来,我们就很容易会多出线程上下文开销的代价.当然,你也可以使用tryLock(),但是这样又出现了一个问题,你怎么知道tryLock的时间呢?在时间范围里还好,假如超过了呢?

所以,在锁被细化到如此程度上,使用Synchronized是最好的选择了.这里再补充一句,Synchronized和ReentrantLock他们的开销差距是在释放锁时唤醒线程的数量,Synchronized是唤醒锁池里所有的线程+刚好来访问的线程,而ReentrantLock则是当前线程后进来的第一个线程+刚好来访问的线程.

如果是线程并发量不大的情况下,那么Synchronized因为自旋锁,偏向锁,轻量级锁的原因,不用将等待线程挂起,偏向锁甚至不用自旋,所以在这种情况下要比ReentrantLock高效。

56.说一下 atomic 的原理?

  大概实现原理是:通过CAS乐观锁保证原子性,通过自旋保证当次修改的最终修改成功,通过降低锁粒度(多段锁)增加并发性能。

  Atomic包中的类基本的特性就是在多线程环境下,当有多个线程同时对单个(包括基本类型及引用类型)变量进行操作时,具有排他性,即当多个线程同时对该变量的值进行更新时,仅有一个线程能成功,而未成功的线程可以向自旋锁一样,继续尝试,一直等到执行成功。

  Atomic系列的类中的核心方法都会调用unsafe类中的几个本地方法。我们需要先知道一个东西就是Unsafe类,全名为:sun.misc.Unsafe,这个类包含了大量的对C代码的操作,包括很多直接内存分配以及原子操作的调用,而它之所以标记为非安全的,是告诉你这个里面大量的方法调用都会存在安全隐患,需要小心使用,否则会导致严重的后果,例如在通过unsafe分配内存的时候,如果自己指定某些区域可能会导致一些类似C++一样的指针越界到其他进程的问题。

  引子

在多线程的场景中,我们需要保证数据安全,就会考虑同步的方案,通常会使用synchronized或者lock来处理,使用了synchronized意味着内核态的一次切换。这是一个很重的操作。

有没有一种方式,可以比较便利的实现一些简单的数据同步,比如计数器等等。concurrent包下的atomic提供我们这么一种轻量级的数据同步的选择。

 

例子

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class App {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(100);

        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread() {
                @Override
                public void run() {
                    atomicInteger.getAndIncrement();

                    countDownLatch.countDown();
                }
            }.start();
        }

        countDownLatch.await();

        System.out.println(atomicInteger.get());
    }
}

在以上代码中,使用AtomicInteger声明了一个全局变量,并且在多线程中进行自增,代码中并没有进行显示的加锁。

以上代码的输出结果,永远都是100。如果将AtomicInteger换成Integer,打印结果基本都是小于100。

也就说明AtomicInteger声明的变量,在多线程场景中的自增操作是可以保证线程安全的。接下来我们分析下其原理。

  原理

  我们可以看一下AtomicInteger的代码

  

  他的值是存在一个volatile的int里面。volatile只能保证这个变量的可见性。不能保证他的原子性。

  可以看看getAndIncrement这个类似i++的函数,可以发现,是调用了UnSafe中的getAndAddInt。

  

  

  UnSafe是何方神圣?UnSafe提供了java可以直接操作底层的能力。

  进一步,我们可以发现实现方式:

   

  如何保证原子性:自旋 + CAS(乐观锁)。在这个过程中,通过compareAndSwapInt比较更新value值,如果更新失败,重新获取旧值,然后更新。

  优缺点 

    CAS相对于其他锁,不会进行内核态操作,有着一些性能的提升。但同时引入自旋,当锁竞争较大的时候,自旋次数会增多。cpu资源会消耗很高。

    换句话说,CAS+自旋适合使用在低并发有同步数据的应用场景。

   Java 8做出的改进和努力

    在Java 8中引入了4个新的计数器类型,LongAdder、LongAccumulator、DoubleAdder、DoubleAccumulator。他们都是继承于Striped64。

    在LongAdder 与AtomicLong有什么区别?
    Atomic*遇到的问题是,只能运用于低并发场景。因此LongAddr在这基础上引入了分段锁的概念。可以参考《JDK8系列之LongAdder解析》一起看看做了什么。

    大概就是当竞争不激烈的时候,所有线程都是通过CAS对同一个变量(Base)进行修改,当竞争激烈的时候,会将根据当前线程哈希到对于Cell上进行修改(多段锁)。

     

    可以看到大概实现原理是:通过CAS乐观锁保证原子性,通过自旋保证当次修改的最终修改成功,通过降低锁粒度(多段锁)增加并发性能。

原文地址:https://www.cnblogs.com/zousong/p/10513281.html