面试题总结|（备战春招，每天进步亿点点）常见面试题总结——Java并发（1） CAS|java并发|java

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文章目录

线程和进程有什么区别？

说一下创建线程的几种方式？

Runnable和Callable的区别？

为什么要使用多线程呢?

线程的有几种状态？

什么是线程死锁?如何避免死锁?

为什么我们调用 start() 方法时会执行 run() 方法，为什么我们不能直接调用 run() 方法？

线程阻塞的三种情况

守护线程是什么？

CAS知道吗？

CAS有什么缺陷？

synchronized 和 volatile 的区别是什么？

synchronized 和 ReentrantLock 区别是什么？

说一下 synchronized 底层实现原理？

线程和进程有什么区别？线程具有许多传统进程所具有的特征，故又称为轻型进程(Light—Weight Process)或进程元；而把传统的进程称为重型进程(Heavy—Weight Process)，它相当于只有一个线程的任务。在引入了线程的操作系统中，通常一个进程都有若干个线程，至少包含一个线程。
根本区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是处理器任务调度和执行的基本单位
资源开销：每个进程都有独立的代码和数据空间（程序上下文），程序之间的切换会有较大的开销；线程可以看做轻量级的进程，同一类线程共享代码和数据空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器（PC），线程之间切换的开销小。
包含关系：如果一个进程内有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线（线程）共同完成的；线程是进程的一部分，所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。
内存分配：同一进程的线程共享本进程的地址空间和资源，而进程之间的地址空间和资源是相互独立的
影响关系：一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。
执行过程：每个独立的进程有程序运行的入口. 顺序执行序列和程序出口。但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制，两者均可并发执行
说一下创建线程的几种方式？创建线程有四种方式，分别是：继承Thread类、实现Runnable接口、实现Callable接口、创建线程池
方式一.继承Thread类步骤：
1.创建一个继承于Thread类的子类
2.重写Thread类的run()方法——>将此线程执行的操作声明在run()中
3.创建子类对象
4.通过此对象调用start()
方式二.实现Runnable接口：
1.创建一个实现了Runnable接口的类
2.实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()方法
3.创建实现类对象
4.将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
5.通过Thread类的对象调用start()方法
方式三：实现Callable接口：
1.创建一个实现了Callable接口的类
2.实现类去实现抽象方法call(),将此线程需要执行的操作放在里面
3.创建实现类的对象
4.创建FutureTask类对象，将实现类对象传入构造器中
5.将FutureTask对象放入Thread类构造器中，创建Thread类对象，调用start()
6.获取Callable中call方法的返回值，get()返回值即为Future Task构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
Runnable和Callable的区别？

Callable规定（重写）的方法是call()，Runnable规定（重写）的方法是run()。
Callable的任务执行后可返回值，而Runnable的任务是不能返回值的。
Call方法可以抛出异常，run方法不可以。
运行Callable任务可以拿到一个Future对象，表示异步计算的结果。它提供了检查计算是否完成的方法，以等待计算的完成，并检索计算的结果。通过Future对象可以了解任务执行情况，可取消任务的执行，还可获取执行结果。

为什么要使用多线程呢?

从计算机底层来说：线程可以比作是轻量级的进程，是程序执行的最小单位,线程间的切换和调度的成本远远小于进程。另外，多核 CPU 时代意味着多个线程可以同时运行，这减少了线程上下文切换的开销。
从当代互联网发展趋势来说：现在的系统动不动就要求百万级甚至千万级的并发量，而多线程并发编程正是开发高并发系统的基础，利用好多线程机制可以大大提高系统整体的并发能力以及性能。

从计算机底层来说：

单核时代：在单核时代多线程主要是为了提高 CPU 和 IO 设备的综合利用率。举个例子：当只有一个线程的时候会导致 CPU 计算时，IO 设备空闲；进行 IO 操作时，CPU 空闲。我们可以简单地说这两者的利用率目前都是 50%左右。但是当有两个线程的时候就不一样了，当一个线程执行 CPU 计算时，另外一个线程可以进行 IO 操作，这样两个的利用率就可以在理想情况下达到 100%了。
多核时代：多核时代多线程主要是为了提高 CPU 利用率。举个例子：假如我们要计算一个复杂的任务，我们只用一个线程的话，CPU 只会一个 CPU 核心被利用到，而创建多个线程就可以让多个 CPU 核心被利用到，这样就提高了 CPU 的利用率。

线程的有几种状态？ Java线程具有五种基本状态，分别是：

新建状态（New）：当线程对象对创建后，即进入了新建状态，如：Thread t = new MyThread();
就绪状态（Runnable）：当调用线程对象的start()方法（t.start(); ），线程即进入就绪状态。处于就绪状态的线程，只是说明此线程已经做好了准备，随时等待CPU调度执行，并不是说执行了t.start()此线程立即就会执行；
运行状态（Running）：当CPU开始调度处于就绪状态的线程时，此时线程才得以真正执行，即进入到运行状态。注：就绪状态是进入到运行状态的唯一入口，也就是说，线程要想进入运行状态执行，首先必须处于就绪状态中；
阻塞状态（Blocked）：处于运行状态中的线程由于某种原因，暂时放弃对CPU的使用权，停止执行，此时进入阻塞状态，直到其进入到就绪状态，才有机会再次被CPU调用以进入到运行状态。根据阻塞产生的原因不同，阻塞状态又可以分为三种：
1.等待阻塞：运行状态中的线程执行wait()方法，使本线程进入到等待阻塞状态；
2.同步阻塞 — 线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，它会进入同步阻塞状态；
3.其他阻塞 — 通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时. join()等待线程终止或者超时. 或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。
死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

什么是线程死锁?如何避免死锁? 死锁：

多个线程同时被阻塞，它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞，因此程序不可能正常终止。

死锁必须具备以下四个条件：

互斥条件：该资源任意一个时刻只由一个线程占用。
请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
不剥夺条件：线程已获得的资源在末使用完之前不能被其他线程强行剥夺，只有自己使用完毕后才释放资源。
循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

如何避免线程死锁?
让以上四个条件其中一个不成立即可：

破坏互斥条件这个条件我们没有办法破坏，因为我们用锁本来就是想让他们互斥的（临界资源需要互斥访问）
破坏请求与保持条件一次性申请所有的资源。
破坏不剥夺条件占用部分资源的线程进一步申请其他资源时，如果申请不到，可以主动释放它占有的资源。
破坏循环等待条件靠按序申请资源来预防。按某一顺序申请资源，释放资源则反序释放。破坏循环等待条件。
锁排序法：（必须回答出来的点）指定获取锁的顺序，比如某个线程只有获得A锁和B锁，才能对某资源进行操作，在多线程条件下，如何避免死锁？通过指定锁的获取顺序，比如规定，只有获得A锁的线程才有资格获取B锁，按顺序获取锁就可以避免死锁。这通常被认为是解决死锁很好的一种方法。
使用显式锁中的ReentrantLock.try(long,TimeUnit)来申请锁

为什么我们调用 start() 方法时会执行 run() 方法，为什么我们不能直接调用 run() 方法？

new 一个 Thread，线程进入了新建状态; 调用start() 会执行线程的相应准备工作，然后自动执行 run() 方法的内容，（调用 start() 方法，会启动一个线程并使线程进入了就绪状态，当分配到时间片后就可以开始运行了。）这是真正的多线程工作。
直接执行 run() 方法，会把 run 方法当成一个 main 线程下的普通方法去执行，并不会在某个线程中执行它，所以这并不是多线程工作。调用 start 方法方可启动线程并使线程进入就绪状态，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。

线程阻塞的三种情况当线程因为某种原因放弃 CPU 使用权后，即让出了 CPU 时间片，暂时就会停止运行，知道线程进入可运行状态（Runnable），才有机会再次获得 CPU 时间片转入 RUNNING 状态。一般来讲，阻塞的情况可以分为如下三种：

等待阻塞（Object.wait -> 等待队列）
RUNNING（运行）状态的线程执行 Object.wait() 方法后，JVM 会将线程放入等待序列（waitting queue）；
同步阻塞（lock -> 锁池）
RUNNING 状态的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被其他线程占用，则 JVM 将该线程放入锁池（lock pool）中；
其他阻塞（sleep/join）
RUNNING 状态的线程执行 Thread.sleep(long ms) 或 Thread.join() 方法，或发出 I/O 请求时，JVM 会将该线程置为阻塞状态。当 sleep() 状态超时，join() 等待线程终止或超时. 或者 I/O 处理完毕时，线程重新转入可运行状态（RUNNABLE）；

守护线程是什么？守护线程，是指在程序运行时在后台提供一种通用服务的线程，这种线程并不属于程序中不可或缺的部分。通俗点讲，任何一个守护线程都是整个JVM中所有非守护线程的"保姆"。当非守护线程终止时，守护线程就没了可以保护的对象，程序就会终止，同时会杀死所有的守护线程，但是只要有任何非守护线程还在运行，程序就不会终止。
CAS知道吗？ CAS：全称 Compare and swap，即比较并交换，它是一条 CPU 同步原语。是一种硬件对并发的支持，针对多处理器操作而设计的一种特殊指令，用于管理对共享数据的并发访问。
CAS 是一种无锁的非阻塞算法的实现。，CAS包含了三个操作数，一个当前内存值V、旧的预期值A、即将更新的值B，当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值修改为B并返回true，否则什么都不做，并返回false。（他的功能是判断内存某个位置的值是否为预期值，如果是则更改为新的值，这个过程是原子的。）
CAS 并发原语体现在 Java 语言中的 sum.misc.Unsafe 类中的各个方法。调用 Unsafe 类中的 CAS 方法， JVM 会帮助我们实现出 CAS 汇编指令。这是一种完全依赖于硬件的功能，通过它实现了原子操作。再次强调，由于 CAS是一种系统原语，原语属于操作系统用于范畴，是由若干条指令组成的，用于完成某个功能的一个过程，并且原语的执行必须是连续的，在执行过程中不允许被中断，CAS 是一条 CPU 的原子指令，不会造成数据不一致问题。
CAS有什么缺陷？

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1. ABA 问题
并发环境下，假设初始条件是A，去修改数据时，发现是A就会执行修改。但是看到的虽然是A，中间可能发生了A变B，B又变回A的情况，那CAS操作就会误认为它从来没有被修改过。此时A已经非彼A，数据即使成功修改，也可能有问题。针对这种情况，java并发包中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。
可以通过AtomicStampedReference解决ABA问题，它，一个带有标记的原子引用类，通过控制变量值的版本来保证CAS的正确性。
2. 循环时间长开销
自旋CAS，如果一直循环执行，一直不成功，会给CPU带来非常大的执行开销。
很多时候，CAS思想体现，是有个自旋次数的，就是为了避开这个耗时问题~
3. 只能保证一个变量的原子操作。
CAS 保证的是对一个变量执行操作的原子性，如果对多个变量操作时，CAS 目前无法直接保证操作的原子性的。
可以通过这两个方式解决这个问题：

使用互斥锁来保证原子性；
将多个变量封装成对象，通过AtomicReference来保证原子性。

synchronized 和 volatile 的区别是什么？ volatile 解决的是内存可见性问题，会使得所有对 volatile 变量的读写都直接写入主存，即保证了变量的可见性。
synchronized 解决的是执行控制的问题，它会阻止其他线程获取当前对象的监控锁，这样一来就让当前对象中被 synchronized 关键字保护的代码块无法被其他线程访问，也就是无法并发执行。而且，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，从而保证操作的内存可见性，同时也使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。
两者的区别主要有如下：

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。

synchronized 和 ReentrantLock 区别是什么？

两者都是可重入锁
可重入锁：重入锁，也叫做递归锁，可重入锁指的是在一个线程中可以多次获取同一把锁，比如：一个线程在执行一个带锁的方法，该方法中又调用了另一个需要相同锁的方法，则该线程可以直接执行调用的方法，而无需重新获得锁，两者都是同一个线程每进入一次，锁的计数器都自增1，所以要等到锁的计数器下降为0时才能释放锁。
synchronized 依赖于 JVM 而 ReentrantLock 依赖于 API
synchronized 是依赖于 JVM 实现的，前面我们也讲到了虚拟机团队在 JDK1.6 为 synchronized 关键字进行了很多优化，但是这些优化都是在虚拟机层面实现的
ReentrantLock 是 JDK 层面实现的（也就是 API 层面，需要 lock() 和 unlock() 方法配合 try/finally 语句块来完成）
ReentrantLock 比 synchronized 增加了一些更高级功能
相比synchronized，ReentrantLock增加了一些高级功能。主要来说主要有三点：①等待可中断；②可实现公平锁；③可实现选择性通知（锁可以绑定多个条件）
1.等待可中断。通过lock.lockInterruptibly()来实现这个机制。也就是说正在等待的线程可以选择放弃等待，改为处理其他事情。
2.ReentrantLock可以指定是公平锁还是非公平锁，而synchronized只能是非公平锁。所谓的公平锁就是先等待的线程先获得锁。 ReentrantLock默认情况是非公平的，可以通过 ReentrantLock类的ReentrantLock(boolean fair)构造方法来制定是否是公平的。
3.ReentrantLock类线程对象可以注册在指定的Condition中，从而可以有选择性的进行线程通知，在调度线程上更加灵活。在使用notify()/notifyAll()方法进行通知时，被通知的线程是由 JVM 选择的，用ReentrantLock类结合Condition实例可以实现”选择性通知”

说一下 synchronized 底层实现原理？ synchronized 同步代码块的实现是通过 monitorenter 和 monitorexit 指令。其中 monitorenter 指令指向同步代码块的开始位置，monitorexit 指令则指明同步代码块的结束位置。当执行 monitorenter 指令时，线程试图获取锁也就是获取 monitor(monitor对象存在于每个Java对象的对象头中，synchronized 锁便是通过这种方式获取锁的，也是为什么Java中任意对象可以作为锁的原因) 的持有权。
其内部包含一个计数器，当计数器为0则可以成功获取，获取后将锁计数器设为1也就是加1。相应的在执行 monitorexit 指令后，将锁计数器设为0，表明锁被释放。如果获取对象锁失败，那当前线程就要阻塞等待，直到锁被另外一个线程释放为止
synchronized 修饰的方法并没有 monitorenter 指令和 monitorexit 指令，取得代之的确实是 ACC_SYNCHRONIZED 标识，该标识指明了该方法是一个同步方法，JVM 通过该 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志来辨别一个方法是否声明为同步方法，从而执行相应的同步调用。
今天的常见面试题总结（Java并发篇）就这些了，如果能帮助到你，还望三连支持一下，后续会亿点点更新 【面试题总结|（备战春招，每天进步亿点点）常见面试题总结——Java并发（1）】