Java_多线程：线程和死锁

一、线程

1、线程的状态流转

在这里插入图片描述

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：
- 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；
- 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；
- 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。

2、sleep() 方法和 wait() 方法区别和共同点

区别

sleep方法：是Thread类的静态方法，当前线程将睡眠n毫秒，线程进入阻塞状态。当睡眠时间到了，会解除阻塞，进入可运行状态，等待CPU的到来。睡眠不释放锁（如果有的话）。
wait方法：是Object的方法，必须与synchronized关键字一起使用，线程进入阻塞状态，当notify或者notifyall被调用后，会解除阻塞。但是，只有重新占用互斥锁之后才会进入可运行状态。睡眠时，会释放互斥锁。
sleep 方法没有释放锁，而 wait 方法释放了锁。
sleep 通常被用于暂停执行Wait 通常被用于线程间交互/通信
sleep() 方法执行完成后，线程会自动苏醒。或者可以使用 wait(long timeout)超时后线程会自动苏醒。wait() 方法被调用后，线程不会自动苏醒，需要别的线程调用同一个对象上的 notify() 或者notifyAll() 方法

相同

两者都可以暂停线程的执行。

3、notify()和notifyAll()有什么区别？

notify()可能会导致死锁，而notifyAll()则不会
任何时候只有一个线程可以获得锁，也就是说只有一个线程可以运行synchronized 中的代码使用notifyAll(),可以唤醒所有处于wait状态的线程，使其重新进入锁的争夺队列中，而notify()只能唤醒一个。
wait() 应配合while循环使用，不应使用if，务必在wait()调用前后都检查条件，如果不满足，必须调用notify()唤醒另外的线程来处理，自己继续wait()直至条件满足再往下执行。
notify() 是对notifyAll()的一个优化，但它有很精确的应用场景，并且要求正确使用，不然可能导致死锁。正确的场景应该是 WaitSet中等待的是相同的条件，唤醒任一个都能正确处理接下来的事项，如果唤醒的线程无法正确处理，务必确保继续notify()下一个线程，并且自身需要重新回到WaitSet中.

4、为什么我们不能直接调用 run() 方法？

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，这并不是多线程工作。
调用 start 方法才能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。

5、Thread类中的yield方法有什么作用？

Yield方法可以暂停当前正在执行的线程对象，让其它有相同优先级的线程执行。它是一个静态方法，而且只保证当前线程放弃CPU占用而不能保证使其它线程一定能占用CPU，执行yield()的线程有可能在进入到暂停状态后马上又被执行。

6、守护线程是什么？

守护线程是运行在后台的一种特殊进程。它独立于控制终端并且周期性地执行某种任务或等待处理某些发生的事件。在 Java 中垃圾回收线程就是特殊的守护线程。

7、 synchronized 和 volatile 的区别

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 解决的事执行控制的问题，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。

8、synchronized 和 Lock 的区别

synchronized 可以给类. 方法. 代码块加锁；而 lock 只能给代码块加锁。
synchronized 不需要手动获取锁和释放锁，使用简单，发生异常会自动释放锁，不会造成死锁；而 lock 需要自己加锁和释放锁，如果使用不当没有 unLock()去释放锁就会造成死锁。
通过 Lock 可以知道有没有成功获取锁，而 synchronized 却无法办到。

9、线程阻塞

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，直到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 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 ）；

10、线程死亡

正常结束
run() 或者 call() 方法执行完成后，线程正常结束；
异常结束
线程抛出一个未捕获的 Exception 或 Error ，导致线程异常结束；
调用 stop()
直接调用线程的 stop() 方法来结束该线程，但是一般不推荐使用该种方式，因为该方法通常容易导致死锁；

二、死锁

1、什么是线程死锁?

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。
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2、死锁的四个条件

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。
不可剥夺条件：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。

3、如何避免死锁?

只要破坏产生死锁的四个条件中的其中一个就可以了

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