Java并发复习

Java基础

1. 为什么要使用并发编程？

一般我们工作的电脑都有多核，我们创建多个线程，然后操作系统可以将多个线程分配给不同的CPU去执行，每个CPU执行一个线程，这样就提高了CPU使用效率。

在网络购物中，我们买了一个东西的同时，需要减库存，生成订单等等这些操作，就可以进行拆分利用多线程的技术完成。面对复杂业务模型，并行程序串行会比程序更适应业务需求，而并发编程更能吻合这种业务拆分。

充分利用多核CPU的计算能力；
更好进行业务拆分，提升应用性能

2. 并发编程有什么缺点

并发编程并不能总是能提高程序运行速度，而且可能遇到很多问题：
内存泄漏，上下文切换，线程安全，死锁等问题。

3.并发编程三个必要因素是什么？

原子性：可以这么理解：这里的原子是一个不可以再分割的颗粒。->一个或多个操作要么全部完成，否则全部失败
可见性：一个线程对共享变量的修改，其他线程能够立即看到（sychronized,volatile)
有序性：程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。（处理器看可能会对指令进行重排序->保证在处理器看到的串行语义一致）

4.在Java程序中怎么保证多线程的运行安全？

出现线程安全问题的原因一般都是三个原因：

线程切换带来的原子性问题
->解决方法：使用多线程之间同步synchronized或使用锁(lock).
缓存导致的可见性问题
->solution: sychronized,volatile,LOCK,可以解决可见性问题。、
重排序优化带来的有序性问题
->solution:Happen-Before规则则可以解决有序性问题

Happen-Before规则如下：

程序次序规则：在一个线程内，按照程序控制流，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作
锁操作：一个unlock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作
volatile变量规则：对一个volatile变量的写操作先行发生于后面这个变量的读操作
线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作
线程终止规则：线程中的所有操作都先行发生于对此线程的终止检测。
线程中断规则：对线程的Interrupt()方法的调用发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生。
对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于它的finalize()方法的开始

并行和并发的区别

并行：同一时间多个处理器处理多个任务
并发：一个处理器按照时间片轮转法处理多个任务

什么是进程，什么是线程

这里有两个并发，一个是进程的并发，一个是线程的并发
进程：对运行时的程序进行封装，是系统进行资源分配的基本单位，实现了操作系统的并发；
线程：进程的子任务，是CPU调度的基本单位，用于保证程序的实时性，实现进程内部的并发；

什么是上下文切换？

在多线程编程中，一般线程的个数大于CPU核心的个数，而一个CPU核心在任意时刻只能被一个线程使用，为了能让这些线程都有效的执行，CPU采用的策略是为每个线程分配时间片并轮转的形式。当一个线程的时间片用完的时候就会重新处于就绪状态让其他线程使用，这个过程就属于一次上下文切换。
上下文切换通常会因为相当可观的处理器i时间来切换线程而消耗大量的CPU时间，在Linux系统中，上下文切换和模式切换的时间消耗是非常少的。

守护线程和用户线程的区别？

用户线程：运行在前台，执行具体的任务，如程序的主线程，连接网络的子线程等都是用户线程
守护线程：运行在后台，为其他前台线程服务。
守护线程在JVM中，是非守护线程的“佣人”,只要所有用户线程都结束运行，守护线程会随JVM一起结束工作。

什么是线程死锁？

死锁是指两个或两个以上的线程因为竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，他么都无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁进程。
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别释放。由于线程被无限期地阻塞，因此程序不可能正常终止。

Java线程有几种状态，分别是啥

在Java thread state枚举类中定义了6种线程状态，分别是新建状态New,运行态Runnable,阻塞态Blocked，等待态waiting,延迟等待态Tiimed Waiting 和终止状态Terminated

线程状态如何流转

在这里插入图片描述
新建状态(New)通过start 方法到达运行状态（Runnable)
运行状态(Runnable)等待锁进入阻塞状态(Blocked)
获得锁回到运行状态(Runnable)
运行状态(Runnable)等待其他线程通知进入等待状态(Waiting)
收到通知回到运行状态(Runnable)
超时等待（Time Waiting) 同理，但是这个会设置一个时间限制，超过了这个等待的最大时间，线程会自动返回。
结束进入终止状态

Java创建线程的方式

1. 继承Thread类
通过继承Thread类，并重写它的run方法，我们就可以创建一个线程。

首先定义一个类来继承Thread类，重写run方法
然后创建这个子类对象，并调用start方法启动线程
2. 实现Runnable接口
通过实现Runnable接口，并实现run方法，也可以创建一个线程。
首先定义一个类实现Runnable接口，并实现run方法。
然后创建Runnable实现类对象，并把它作为target传入Thread的构造函数中
最后调用start方法启动线程。
3.实现Callable接口，并结合Future实现
首先定义一个Callable的实现类，并实现call方法，call方法是带返回值的。
然后通过FutureTask的构造方法，把这个Callable实现类传进去。
把FutureTask作为Thread类的target，创建Thread线程对象。
通过FutureTask 的get方法获取线程的执行结果

说一下runnable和callable有什么区别

相同点：

都是接口
都可以编写多线程程序
都采用Thread.start()启动程序

主要区别：

Runnable接口 run方法无返回值；Callable接口call方法有返回值，是个泛型，和Future，FutureTask配合可以用来获取异步执行的结果
Runnable接口 run方法只能抛出运行时异常，且无法捕获处理；Callable接口call方法允许抛出异常，可以获取异常信息 注：Callable接口支持返回执行结果，需要调用FutureTask.get()得到，此方法会阻塞主线程的继续往下执行，如果不调用不会阻塞。

什么是Callable 和 Future ？什么是FutureTask？

Callable接口类似于Runnable,从名字就可以看出来了，但是Runnable不会返回结果，并且无法抛出返回结果的异常，而Callable功能更强大一些，被线程执行后，可以返回值，这个返回值可以被Future拿到，也就是说，Future可以拿到异步执行任务的返回值。【异步执行：执行一个类似于函数的东西，但是不会被这个函数这一行代码阻塞，可以在之后的代码中获取结果或处理任务完成的状态】

sleep()和wait()有什么区别？

两者都可以暂停线程的执行：

类的不同：sleep()是THread线程类的静态方法,wait()是Object类的方法
是否释放锁：sleep()不释放锁；wait()释放锁
用途不同：Wait通常被用于线程间交互/通信，sleep通常被用于暂停执行。
用法不同：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。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。

为什么线程通信的方法wait(),notify()和notifyAll()被定义在Object类里？

因为Java所有类的都继承了Object,Java想让任何对象都可以作为锁，并且wait()，notify()等方法用于等待对象的锁或者唤醒线程，在Java的线程类中并没有可供所有对象使用的锁，所以任意对象都可调用的方法一定定义在Object类中。
有的人会说，既然是线程放弃对象锁，那也可以把wait()定义在Thread类里面啊，新定义的线程继承于Theread类里面啊，新定义的线程继承于Thread类，也不需要重新定义wait()方法的实现

为什么wait()，notify()和notifyAll()必须在同步方法或者同步块中被调用？

当一个线程需要调用对象的wait()方法的时候，这个线程必须拥有该对象的锁，接着它就会释放这个对象锁并进入等待状态。
知道其他线程调用这个对象上的notify()方法。
同样的，当一个线程需要调用对象的notify()方法时，它会释放这个对象的锁，以便其他在等待的线程可以得到这个对象锁。
由于所有的这些方法都需要线程持有对象的锁，这样就只能通过同步来实现，所以他们只能在同步方法或者同步块中被调用。

线程的sleep()方法和yield()方法有什么区别？

sleep()方法给其他线程运行机会时不考虑线程的优先级，因此会给低优先级的线程以运行的机会；yield()方法指挥给相同优先级或更高优先级线程以运行的机会；
线程执行sleep()方法后转入阻塞（超时等待状态），而执行yield()方法后转入就绪（ready)状态；
sleep()方法声明抛出InterruptedException,而yield()方法没有声明任何异常；
sleep()方法比yield()方法（跟操作系统CPU调度相关）具有更好的可移植性，通常不建议使用yield()方法来控制并发线程的执行。
[sleep()方法在Java中明确定义，而且在所有JAVA平台都一致，无论在哪个平台使用，sleep()方法都能导致线程暂停指定的时间]
在某些系统中，yield可能不能短暂放弃CPU ->Expand

如何停止一个正在运行的线程？

1.run()方法完成之后->使用退出标志，是线程正常退出
2.使用stop方法强行终止，但是不推荐这个方法，这是一个过时的方法
3.使用interrupt方法中断线程：这个需要被中断的线程的中断标识位不会因为sleep()，wait()而抹除
需要重复标记->需要有个catch块中不断标记

catch (InterruptedException e) {
                System.out.println("Thread was interrupted during sleep.");
                // 重新中断线程，以确保中断状态被正确标记
                Thread.currentThread().interrupt();
            }

注意：这个线程是否真正中断，需要看操作系统以及JVM的实现

Java中interrupted和 isInterrupted方法的区别？

interrupt:用于中断线程。调用该方法的线程的状态将设置为“中断”状态。
注意：线程中断仅仅是置线程的中断状态位，不会停止线程。需要用户自己去监视线程的状态为并做处理。
interrupted:是静态方法，查看当前中断信号是true还是false并且清除中断信号。如果一个线程被中断了，第一次调用interrupted则返回true,第二次和后面的就返回false了

线程池的拒绝策略有哪些？

AbortPolicy: 该线程是线程池的默认策略。使用该策略时，如果线程队列满了****丢掉这个任务并且抛出RejectedExecutionException异常。
DiscardPolicy :
队列满了，丢弃这个任务，不抛出异常
DiscardOldestPolicy:
丢弃最早将进入队列的任务，再尝试加入队列，移除队头，再让新加入的任务加入队尾
CallerRunsPolicy:
使用此策略，如果添加到线程池失败，那么主线程会自己去执行该任务，不会等待线程池中的线程去执行。**

CountDownLatch,CyclicBarrier,Semapher,Exchanger说一下：

CountDownLatch:倒计数器。允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。
CyclicBarrier：可循环使用(Cyclic)的屏障（Barrier)。让一组线程都到达屏障点的时候，所有被屏障拦截的线程才会运行。
Exchanger:是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger用于进行线程缉拿的数据交换。它提供了一个同步点，在这个同步点，两个线程可以交换彼此的数据。

CyclicBarrier和CountDownLatch有什么区别？

CyclicBarrier是可重用的，其中的线程会等待所有的线程完成任务。CountDownLatch是一次性的，不同的线程在同一个计数器上工作，知道计数器为0.
CyclicBarrier面向的是线程数；CountDownLatch面向的是任务数。
这个就是说他们两个都会设置变量，假如变量是10，如果CyclicBarrier中的线程到达barrier-> -1
CountDownLatch中的任务完成->-1