面经总结：多线程

Posted 2020-09-29

 

• 多线程的实现？

三种方法：1.继承Thread类；2.实现Runnable接口；3.使用Executor创建线程池；

 

• 多线程的的同步/线程安全的方式？

（1）同步方法：synchronized修饰的方法；

（2）同步代码块：同步是一种高开销的操作，因此应该尽量减少同步的内容。通常没有必要同步整个方法，使用synchronized代码块同步关键代码即可。

　　同步方法和同步代码块的区别是什么？

　　答：同步方法默认用this或者当前类class对象作为锁； 同步代码块可以选择以什么来加锁，比同步方法要更细颗粒度，我们可以选择只同步会发生同步问题的部分代码而不是整个方法。

（3）使用volatile实现同步：每次线程要访问volatile修饰的变量时都是从内存中读取，而不是从缓存当中读取，因此每个线程访问到的变量值都是一样的。这样就保证了同步。

（4）使用重入锁实现线程同步：ReentrantLock是concurrent包的类；常用方法有lock()和unlock()；可以创建公平锁；支持非阻塞的tryLock(可超时)；需要手动释放锁。

（5）使用ThreadLocal实现线程同步：每个线程都创建一个变量副本，修改副本不会影响其他线程的副本。ThreadLocal并不能替代同步机制，两者面向的问题领域不同。同步机制是为了同步多个线程对相同资源的并发访问，是为了多个线程之间进行通信的有效方式；而ThreadLocal是隔离多个线程的数据共享，从根本上就不在多个线程之间共享资源（变量）。

 

• 多线程的优化？

影响多线程性能的问题：死锁、过多串行化、过多锁竞争等；

预防和处理死锁的方法：

　　1）尽量不要在释放锁之前竞争其他锁；一般可以通过细化同步方法来实现；

　　2）顺序索取锁资源；

　　3）尝试定时锁tryLock()；

降低锁竞争方法：

　　1）缩小锁的范围，减小锁的粒度；

　　2）使用读写分离锁ReadWriteLock来替换独占锁：来实现读-读并发，读-写串行，写-写串行的特性。这种方式更进一步提高了可并发性，因为有些场景大部分是读操作，因此没必要串行工作。

 

• 线程池有哪几种？有哪些参数？

（1.创建；2.四类线程池；3.参数；）

创建：线程池的顶级接口是Executor，是执行线程的工具；真正的线程接口是ExecutorService；

ThreadPoolExecutor是ExecutorService的默认实现；

示例：

ExecutorService pool=Executors.newFixedThreadPool(2);

四类线程池： 

1. newSingleThreadExecutor

创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。

2.newFixedThreadPool

创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。

3. newCachedThreadPool

创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，

那么就会回收部分空闲（60秒不执行任务）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小。

4.newScheduledThreadPool

创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

线程池ThreadPoolExecutor的参数：

corePoolSize - 池中所保存的线程数，包括空闲线程。

maximumPoolSize-池中允许的最大线程数。

keepAliveTime - 当线程数大于核心时，此为终止前多余的空闲线程等待新任务的最长时间。

unit - keepAliveTime 参数的时间单位。

workQueue - 执行前用于保持任务的队列。此队列仅保持由 execute方法提交的 Runnable任务。

threadFactory - 执行程序创建新线程时使用的工厂。

handler - 由于超出线程范围和队列容量而使执行被阻塞时所使用的处理程序。

关于corePoolSize和maximumPoolSize：

如果线程数<corePoolSize，有任务时，无论是否有空闲线程，都会创建新线程；

如果corePoolSize<线程数<maximumPoolSize，大于的部分放到任务队列，直到队列满了， 才会创建小于等于maximumPoolSize的线程。

 

• 线程的状态有哪些？

根据java.lang.Thread.State类，线程包括六个状态：

（NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WAITTING、TIME_WAITTING、TERMINATED）

NEW：线程实例化还未执行start()；

RUNNABLE：线程已经在JVM执行。（但还在等待cpu资源？存疑。似乎Running状态是包含在Runnable；Runnable就是线程执行的状态）

BLOCKED：线程阻塞；等待锁，

WAITTING：线程等待；调用Object.wait() 没有timeout 或者 Thread.join() 没有timeout 时进入该状态；

TIMED_WAITTING：线程等待；调用Thread.sleep、Object.wait(timeout) 或者 Thread.join(timeout)是进入该状态；

TERMINATED：线程终止；

（相比较原版本，DEAD更改为TERMINATED，没有Running状态，有WAITTING和TIMED_WAITTING状态；）

状态变化：

（和原版本的区别，没有Running状态；等待不属于阻塞、sleep/join不属于阻塞！）

　Runnable：t.start()；从new变为Runnable；

　Waitting：Runnable执行wait()/join()；无限等待唤醒；

　Timed_Waitting：Runnable执行sleep()/wait(timeout)/join(timeout)； wait释放锁，sleep()不释放锁；等待唤醒，但设置了时限；

　Blocked：线程在等待锁；

 

• wait和sleep区别？

（1.属性；2.锁；3.范围；）

　　1）属性：wait()是Object的方法，而sleep()是线程类Thread的方法；

　　2）锁：wait会放弃对象锁，进入等待队列，只有调用了notify()，才会结束wait状态，参与竞争同步资源锁；而sleep()只让出了cpu，而不会释放同步资源锁，sleep指定时间后CPU再回到该线程继续往下执行；

　　3）范围：sleep可以在任何地方使用，wait只能在同步方法或同步块中使用；

 

• volatile的作用？

在当前的Java内存模型下，线程可以把变量保存在本地内存（比如机器的寄存器）中，而不是直接在主存中进行读写。这就可能造成一个线程在主存中修改了一个变量的值，而另外一个线程还继续使用它在寄存器中的变量值的拷贝，造成数据的不一致。 

　　要解决这个问题，只需要像在本程序中的这样，把该变量声明为volatile（不稳定的）即可，这就指示JVM，这个变量是不稳定的，每次使用它都到主存中进行读取。一般说来，多任务环境下各任务间共享的标志都应该加volatile修饰。 

　　Volatile修饰的成员变量在每次被线程访问时，都强迫从共享内存中重读该成员变量的值。而且，当成员变量发生变化时，强迫线程将变化值回写到共享内存。这样在任何时刻，两个不同的线程总是看到某个成员变量的同一个值。 

　　使用volatile关键字修饰变量，线程要访问变量时都是从内存中读取，而不是从缓存当中读取，因此每个线程访问到的变量值都是一样的。

 

• synchronized和lock的区别？

（1.属性；2.trylock；3.释放；4.线程交互）

　　1）lock是接口，syn是Java中的关键字；

　　2）lock的tryLock方法可以选择性获取锁，能够规避死锁；而syn会一直获取下去；

　　3）syn发生异常或者同步块结束的时候，会自动释放锁；而Lock必须手动释放unlock；

　　4）syn线程交互，用到的是同步对象的wait/notify/notifyAll方法；lock得到一个Condition对象，调用Condition对象的await/signal/signalAll；

tryLock()，避免死锁；synchronized是不公平锁，而Lock可以指定锁公平还是不公平；

syn实现wait/notify机制通知的线程是随机的，Lock可以有选择性的通知。

 

• synchronized和volatile的内存可见性和原子性？

可见性与原子性

   可见性：一个线程对共享变量的修改，更够及时的被其他线程看到
   原子性：即不可再分了，不能分为多步操作。比如赋值或者return。比如"a = 1;"和 "return a;"这样的操作都具有原子性。类似"a += b"这样的操作不具有原子性，在某些JVM中"a += b"可能要经过这样三个步骤：
①　取出a和b
②　计算a+b
③　将计算结果写入内存

(1)Synchronized：保证可见性和原子性
    Synchronized能够实现原子性和可见性；在Java内存模型中，synchronized规定，线程在加锁时，先清空工作内存→在主内存中拷贝最新变量的副本到工作内存→执行完代码→将更改后的共享变量的值刷新到主内存中→释放互斥锁。

(2)Volatile：保证可见性，但不保证操作的原子性
    Volatile实现内存可见性是通过store和load指令完成的；也就是对volatile变量执行写操作时，会在写操作后加入一条store指令，即强迫线程将最新的值刷新到主内存中；而在读操作时，会加入一条load指令，即强迫从主内存中读入变量的值。但volatile不保证volatile变量的原子性。

 

• 读写锁的优势？

ReentrantReadWriteLock：读写各用一把锁；对于读多写少场景效率高。

读写锁表示两个锁，一个是读操作相关的锁，称为共享锁；另一个是写操作相关的锁，称为排他锁。我把这两个操作理解为三句话：

1、读和读之间不互斥，因为读操作不会有线程安全问题

2、写和写之间互斥，避免一个写操作影响另外一个写操作，引发线程安全问题

3、读和写之间互斥，避免读操作的时候写操作修改了内容，引发线程安全问题

总结起来就是，多个Thread可以同时进行读取操作，但是同一时刻只允许一个Thread进行写入操作。

 

• ThreadLocal的作用？

作用：ThreadLocal的作用是为每个线程创建一个变量副本，每个线程可以修改自己所拥有的变量副本，而不会影响其他线程的副本，从而实现线程安全。

实现方式：ThreadLocal内置一个map，key表示当前线程，value是对应的值，实现线程变量私有化。

比较：ThreadLocal并不能替代同步机制，两者面向的问题领域不同。同步机制是为了同步多个线程对相同资源的并发访问，是为了多个线程之间进行通信的有效方式；而ThreadLocal是隔离多个线程的数据共享，从根本上就不在多个线程之间共享资源（变量）。

 

• Java内存模型？

PS：JVM内存模型和JMM(Java内存模型)没有关系。JMM的目的是为了解决Java多线程对共享数据的读写一致性问题。

 

所有线程共享主内存

每个线程有自己的工作内存

refreshing local memory to/from main memory must  comply to JMM rules

 

每个线程都有自己的执行空间(即工作内存)，线程执行的时候用到某变量，首先要将变量从主内存拷贝的自己的工作内存空间，然后对变量进行操作：读取，修改，赋值等，这些均在工作内存完成，操作完成后再将变量写回主内存；

 

工作内存可类比高速缓存，为了获得更好的执行性能。

 

 

• Concurren下的类？

Concurrent包下的类包括：

并发集合类：ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet、ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue；

原子类：AtomicInteger

线程池：ThreadPoolExecutor、Executor；