面试总结（四）-Java多线程

发表于

进程与线程

进程和线程都是一个时间段的描述，是CPU工作时间段的描述。是运行中的程序指令的一种描述。

进程：进程就是上下文切换之间的程序执行的部分。是运行中的程序的描述，也是对应于该段CPU执行时间的描述。与之相关的东西有寻址空间，寄存器组，堆栈空间等。不同的进程，这些都不同，从而能相互区别。

线程：线程是共享了进程的上下文环境，更为细小的CPU时间段。线程有自己的程序计数器、堆栈、局部变量，线程主要共享的是进程的地址空间。线程的上下文切换代价远小于进程的上下文切换。

线程的创建方式

  1. 继承 Thread 类，重写 run() 方法，通过 start() 方法启动。
  2. 实现 Runnable 接口，重写 run() 方法。实现类 和 Thread 的代理模式（实现类负责真实的业务操作，Thread 负责资源调度与线程创建）共同完成多线程业务。
  3. 实现 Callable 接口，重写 call() 方法。与 Runnable 类似，不同的是该方法有返回值，可以获得异步执行的结果。通过 FutureTask/Future 来创建有返回值的 Thread 线程。
  4. 通过线程池创建，通过 Executor 的工具类可以创建不同类型的线程池，也可以直接通过创建 ThreadPoolExecutor 指定自定义的参数来创建线程池。
    线程池的好处：
    • 重用线程池中的线程，避免频繁创建和销毁线程造成的性能损耗。
    • 更加有效的控制线程的最大并发数，防止线程过多抢占资源造成的系统阻塞。
    • 对线程进行有效的监控和管理。

ThreadPoolExecutor 参数说明：

  • corePoolSize（核心线程数）：在创建线程后，默认情况下线程池并没有任何线程，而是等待任务到来才创建线程去执行任务，当线程池中的线程数目达到 corePoolSize 后，新来的任务将会被添加到缓存队列中，即 workQueue。
  • maximumPoolSize（线程池中的最大线程数）：当线程池中的线程数等于 corePoolSize 并 workQueue 已满，这时如果线程数小于 maximumPoolSize 定义的值，则会继续创建线程去执行任务，否则将会调用相应的拒绝策略来拒绝这个任务。另外超过 corePoolSize 的线程被称为 “idle Thread”，这部分线程会有一个最大空闲存活时间（keepAliveTime），如果超过这个空闲存活时间还没有任务被分配，则会将这部分线程进行回收。
  • keepAliveTime（控制 “idle Thread” 的空闲存活时间）
  • unit（参数keepAliveTime 的时间单位）
  • workQueue（阻塞队列）：当线程池中的线程数目 >= corePoolSize，则每来一个任务，会尝试将其添加到该队列中，添加可能成功也可能不成功，成功的话就会等待空闲线程去执行该任务，若添加失败（一般是队列已满），就会根据当前线程池状态决定如何处理该任务（若线程数 < maximumPoolSize 则创建线程；若线程数 >= maximumPoolSize 则会根据拒绝策略做具体处理）。
  • threadFactory（线程工厂）：用来为线程池创建线程，不指定线程工厂时，线程池内部会调用 Executors.defaultThreadFactory() 创建默认的线程工厂。
  • handler（拒绝执行策略）：当线程池的缓存队列已满并且线程池中的线程数目达到 maximumPoolSize，如果还有任务到来就会采取任务拒绝策略。

线程的生命周期和状态

Java 线程状态：New（初始状态）、Runable（运行状态）、Blocking（阻塞状态）、Waiting（等待状态）、Time_Waiting（超时等待状态）、Terminated（终止状态）。

sleep() 和 wait() 的区别

  1. sleep() 方法没有释放锁，wait() 释放了锁。
  2. sleep() 方法属于 Thread 类的静态方法，作用于当前线程；而 wait() 方法是 Object 类的实例方法，作用于对象本身。
  3. 执行 sleep() 方法后，可以通过超时或调用 interrupt() 方法唤醒休眠中的线程；执行 wait() 方法后，通过调用 notify() 或 notifyAll() 方法唤醒等待线程。

死锁

死锁的四个必要条件：

  1. 互斥条件：一个资源每次只能被一个线程使用；
  2. 请求与保持条件：一个线程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放；
  3. 不剥夺条件：线程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺；
  4. 循环等待条件：若干线程之间形成一种头尾相接的熏昏等待资源关系。

解决死锁问题可通过破坏上述四个条件中的任意一个或着多个。

CAS 原理

CAS(即 Compare and Swap) 中文意思为比较并交换，是一种非阻塞算法实现，也是一种乐观锁技术，它能在不使用锁的情况下实现多线程安全，所以 CAS 也是一种无锁算法。

CAS 具体包括三个参数：内存值 V、旧的预期值 A 和 更新值 B，当且仅当预期值 A 和 内存值 V 相同是，将内存值修改为 B 并返回 true，否则什么都不做，并返回 false。

CAS 主要解决在不用加锁的情况下实现多线程安全，虽然很高效的解决了原子操作问题，但是 CAS 仍然存在三大问题：

  • 循环时间长，开销很大
    当某一方法执行时，如果 CAS 失败，会一直进行尝试，如果 CAS 长时间尝试不成功，可能会给 CPU 带来很大的开销。
  • 只能保证一个共享变量的原子操作。
  • 存在 ABA 问题
    ABA 问题是 CAS 中的一个漏洞。CAS 的定义，当且仅当内存值 V 等于就得预期值 A 时，CAS 才会通过原子方式用新值 B 来更新 V 的值，否则不会执行任何操作。那么如果先将预期值 A 给成 B，再改回 A，那CAS 操作就会误认为 A 的值从来没有被改变过，这时其他线程的 CAS 操作仍然能够成功，但是很明显是个漏洞，因为预期值A的值变化过了。如何解决这个异常现象？java并发包为了解决这个漏洞，提供了一个带有标记的原子引用类 AtomicStampedReference，它可以通过控制变量值的版本来保证 CAS 的正确性，即在变量前面添加版本号，每次变量更新的时候都把版本号 +1，这样变化过程就从“A－B－A”变成了“1A－2B－3A”。