当前位置: 首页 > news >正文

Java并发编程基础面试题详细总结

1. 什么是线程和进程?

1.1  何为进程?

        进程是程序的一次执行过程,是系统运行程序的基本单位,因此进程是动态的。系统运行一个程序即是一个进程从创建,运行到消亡的过程。

        在 Java 中,当我们启动 main 函数时其实就是启动了一个 JVM 的进程,而 main 函数所在的线程就是这个进程中的一个线程,也称主线程。

        如下图所示,在 windows 中通过查看任务管理器的方式,我们就可以清楚看到 window 当前运行的进程(.exe 文件的运行)。

1.2 何为线程?

        线程与进程相似,但线程是一个比进程更小的执行单位。一个进程在其执行的过程中可以产生多个线程。与进程不同的是同类的多个线程共享进程的方法区资源,但每个线程有自己的程序计数器虚拟机栈本地方法栈,所以系统在产生一个线程,或是在各个线程之间作切换工作时,负担要比进程小得多,也正因为如此,线程也被称为轻量级进程。

Java 程序天生就是多线程程序,我们可以通过 JMX 来看一下一个普通的 Java 程序有哪些线程,代码如下。

public class MultiThread {public static void main(String[] args) {// 获取 Java 线程管理 MXBeanThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();// 不需要获取同步的 monitor 和 synchronizer 信息,仅获取线程和线程堆栈信息ThreadInfo[] threadInfos = threadMXBean.dumpAllThreads(false, false);// 遍历线程信息,仅打印线程 ID 和线程名称信息for (ThreadInfo threadInfo : threadInfos) {System.out.println("[" + threadInfo.getThreadId() + "] " + threadInfo.getThreadName());}}
}

上述程序输出如下(输出内容可能不同,不用太纠结下面每个线程的作用,只用知道 main 线程执行 main 方法即可):

[5] Attach Listener //添加事件
[4] Signal Dispatcher // 分发处理给 JVM 信号的线程
[3] Finalizer //调用对象 finalize 方法的线程
[2] Reference Handler //清除 reference 线程
[1] main //main 线程,程序入口

从上面的输出内容可以看出:一个 Java 程序的运行是 main 线程和多个其他线程同时运行

2. 请简要描述线程与进程的关系,区别及优缺点?

2.1 图解进程和线程的关系

        下图是 Java 内存区域,通过下图我们从 JVM 的角度来说一下线程和进程之间的关系。

        从上图可以看出:一个进程中可以有多个线程,多个线程共享进程的方法区 (JDK1.8 之后的元空间)资源,但是每个线程有自己的程序计数器虚拟机栈本地方法栈

        总结: 线程是进程划分成的更小的运行单位。线程和进程最大的不同在于基本上各进程是独立的,而各线程则不一定,因为同一进程中的线程极有可能会相互影响。线程执行开销小,但不利于资源的管理和保护;而进程正相反。

2.2 程序计数器为什么是私有的?

程序计数器主要有下面两个作用:

  1. 字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令,从而实现代码的流程控制,如:顺序执行、选择、循环、异常处理。

  2. 在多线程的情况下,程序计数器用于记录当前线程执行的位置,从而当线程被切换回来的时候能够知道该线程上次运行到哪儿了。

需要注意的是,如果执行的是 native 方法,那么程序计数器记录的是 undefined 地址,只有执行的是 Java 代码时程序计数器记录的才是下一条指令的地址。

所以,程序计数器私有主要是为了线程切换后能恢复到正确的执行位置

3. 说说并发与并行的区别?

  • 并发: 同一时间段,多个任务都在执行 (单位时间内不一定同时执行);

  • 并行: 单位时间内,多个任务同时执行。

4. 为什么要使用多线程呢?

先从总体上来说:

  • 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。

再深入到计算机底层来探讨:

  • 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。

5. 使用多线程可能带来什么问题?

并发编程的目的就是为了能提高程序的执行效率提高程序运行速度,但是并发编程并不总是能提高程序运行速度的,而且并发编程可能会遇到很多问题,比如:内存泄漏、死锁、线程不安全等等。

6. 说说线程的生命周期和状态?

         线程在生命周期中并不是固定处于某一个状态而是随着代码的执行在不同状态之间切换。Java 线程状态变迁如下图所示

         由上图可以看出:线程创建之后它将处于 NEW(新建) 状态,调用 start() 方法后开始运行,线程这时候处于 READY(可运行) 状态。可运行状态的线程获得了 CPU 时间片(timeslice)后就处于 RUNNING(运行) 状态。

        当线程执行 wait()方法之后,线程进入 WAITING(等待) 状态。进入等待状态的线程需要依靠其他线程的通知才能够返回到运行状态,而 TIME_WAITING(超时等待) 状态相当于在等待状态的基础上增加了超时限制,比如通过 sleep(long millis)方法或 wait(long millis)方法可以将 Java 线程置于 TIMED WAITING 状态。当超时时间到达后 Java 线程将会返回到 RUNNABLE 状态。当线程调用同步方法时,在没有获取到锁的情况下,线程将会进入到 BLOCKED(阻塞) 状态。线程在执行 Runnable 的run()方法之后将会进入到 TERMINATED(终止) 状态。

7. 什么是上下文切换?

        多线程编程中一般线程的个数都大于 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,为了让这些线程都能得到有效执行,CPU 采取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给其他线程使用,这个过程就属于一次上下文切换。

        概括来说就是:当前任务在执行完 CPU 时间片切换到另一个任务之前会先保存自己的状态,以便下次再切换回这个任务时,可以再加载这个任务的状态。任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换

        上下文切换通常是计算密集型的。也就是说,它需要相当可观的处理器时间,在每秒几十上百次的切换中,每次切换都需要纳秒量级的时间。所以,上下文切换对系统来说意味着消耗大量的 CPU 时间,事实上,可能是操作系统中时间消耗最大的操作。

        Linux 相比与其他操作系统(包括其他类 Unix 系统)有很多的优点,其中有一项就是,其上下文切换和模式切换的时间消耗非常少。

8. 什么是线程死锁?如何避免死锁?

8.1 认识线程死锁

        线程死锁描述的是这样一种情况: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。

        如下图所示,线程 A 持有资源 2,线程 B 持有资源 1,他们同时都想申请对方的资源,所以这两个线程就会互相等待而进入死锁状态。

下面通过一个例子来说明线程死锁

public class DeadLockDemo {private static Object resource1 = new Object();//资源 1private static Object resource2 = new Object();//资源 2public static void main(String[] args) {new Thread(() -> {synchronized (resource1) {System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");synchronized (resource2) {System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");}}}, "线程 1").start();new Thread(() -> {synchronized (resource2) {System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource1");synchronized (resource1) {System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");}}}, "线程 2").start();}
}

输出:

Thread[线程 1,5,main]get resource1
Thread[线程 2,5,main]get resource2
Thread[线程 1,5,main]waiting get resource2
Thread[线程 2,5,main]waiting get resource1

线程 A 通过 synchronized (resource1) 获得 resource1 的监视器锁,然后通过Thread.sleep(1000);让线程 A 休眠 1s 为的是让线程 B 得到执行然后获取到 resource2 的监视器锁。线程 A 和线程 B 休眠结束了都开始企图请求获取对方的资源,然后这两个线程就会陷入互相等待的状态,这也就产生了死锁。上面的例子符合产生死锁的四个必要条件。

产生死锁必须具备以下四个条件:

  1. 互斥条件:该资源任意一个时刻只由一个线程占用。

  2. 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。

  3. 不剥夺条件:线程已获得的资源在未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。

  4. 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。

8.2 如何避免线程死锁?

我上面说了产生死锁的四个必要条件,为了避免死锁,我们只要破坏产生死锁的四个条件中的其中一个就可以了。现在我们来挨个分析一下:

  1. 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)。

  2. 破坏请求与保持条件 :一次性申请所有的资源。

  3. 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。

  4. 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。

我们对线程 2 的代码修改成下面这样就不会产生死锁了。

        new Thread(() -> {synchronized (resource1) {System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");synchronized (resource2) {System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");}}}, "线程 2").start();

输出:

Thread[线程 1,5,main]get resource1
Thread[线程 1,5,main]waiting get resource2
Thread[线程 1,5,main]get resource2
Thread[线程 2,5,main]get resource1
Thread[线程 2,5,main]waiting get resource2
Thread[线程 2,5,main]get resource2Process finished with exit code 0

我们分析一下上面的代码为什么避免了死锁的发生?

线程 1 首先获得到 resource1 的监视器锁,这时候线程 2 就获取不到了。然后线程 1 再去获取 resource2 的监视器锁,可以获取到。然后线程 1 释放了对 resource1、resource2 的监视器锁的占用,线程 2 获取到就可以执行了。这样就破坏了破坏循环等待条件,因此避免了死锁。

9. 说说 sleep() 方法和 wait() 方法区别和共同点?

  • 两者最主要的区别在于:sleep() 方法没有释放锁,而 wait() 方法释放了锁

  • 两者都可以暂停线程的执行。

  • wait() 通常被用于线程间交互/通信,sleep()通常被用于暂停执行。

  • 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。

10. 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()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。 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,这是真正的多线程工作。 但是,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。

        总结: 调用 start() 方法方可启动线程并使线程进入就绪状态,直接执行 run() 方法的话不会以多线程的方式执行。

        

相关文章:

Java并发编程基础面试题详细总结

1. 什么是线程和进程? 1.1 何为进程? 进程是程序的一次执行过程,是系统运行程序的基本单位,因此进程是动态的。系统运行一个程序即是一个进程从创建,运行到消亡的过程。 在 Java 中,当我们启动 main 函数时其实就是启动了一个…...

EKO / 砍树

暴力是不行的,还得是二分吧 题目描述 伐木工人 Mirko 需要砍 M 米长的木材。对 Mirko 来说这是很简单的工作,因为他有一个漂亮的新伐木机,可以如野火一般砍伐森林。不过,Mirko 只被允许砍伐一排树。 Mirko 的伐木机工作流程如下&a…...

Kafka面试宝典

1 Kafka基础面试篇 Kafka的那些设计让它有如此高的性能? 1.partition,producer和consumer端的批处理:提高并行度;2.页缓存:大量使用页缓存,内存操作比磁盘操作快很多,数据写入直接写道页缓存,由操作系统负责刷盘,数据读取也是直接命中页缓存,从内存中直接拿到数据;…...

Redis性能管理

目录 1、内存碎片如何产生的? 2、跟踪内存碎片率对理解Redis实例的资源性能是非常重要的 3、解决碎片率大的问题 二、内存使用率 1、避免内存交换发生的方法 2、内回收key 三、缓存的穿透、击穿、雪崩 #查看Redis内存使用方法 info memory #进入数据库查看 re…...

计算机网络:局域网的数据链路层

✨✨ 欢迎大家来访Srlua的博文(づ ̄3 ̄)づ╭❤~✨✨ 🌟🌟 欢迎各位亲爱的读者,感谢你们抽出宝贵的时间来阅读我的文章。 我是Srlua小谢,在这里我会分享我的知识和经验。&am…...

Linux常见命令简介

Linux运行级别 六种运行级别: 0、关机 1、单用户(可用来找回密码) 2、多用户无网络 3、多用户有网络(多用于工作环境) 4、预留 5、图形界面(多用于学习环境) 6、重…...

34-SDK设计(下):IAM项目GoSDK设计和实现

比如 Kubernetes的 client-go SDK设计方式。IAM项目参考client-go,也实现了client-go风格的SDK:marmotedu-sdk-go。 ,client-go风格的SDK具有以下优点: 大量使用了Go interface特性,将接口的定义和实现解耦&#xff0…...

基于Matlab的血管图像增强算法,Matlab实现

博主简介: 专注、专一于Matlab图像处理学习、交流,matlab图像代码代做/项目合作可以联系(QQ:3249726188) 个人主页:Matlab_ImagePro-CSDN博客 原则:代码均由本人编写完成,非中介,提供…...

LeetCode每日一题之专题一:双指针 ——复写零

复写零OJ链接:1089. 复写零 - 力扣(LeetCode) 题目: 解法(原地复写-双指针): 算法思路: 如果「从前向后」进⾏原地复写操作的话,由于 0 的出现会复写两次,导致…...

Golang基础-9

Go语言基础 介绍 基础 结构体 自定义类型 结构体定义 结构体声明 结构体初始化 字段访问与修改 匿名结构体 结构体嵌套 初始化函数定义 介绍 本文介绍Go语言中自定义类型、结构体定义、结构体声明、结构体初始化、字段访问与修改、匿名结构体、结构体嵌套、初始化…...

Vue基础知识:路由的封装抽离,路由模块的封装抽离的好处是什么?,如何快速的引入组件,基于@指代src目录,从src目录出发找组件

如果将所有的路由配置都存放在main.js中,是非常有问题的,杂且乱。所以我们要将路由模块进行抽离,这样有利于:拆分模块,利于维护。大致的做法就是将路由相关的东西放到router这个文件夹的index.js中,而将来只…...

插入排序---算法

1、算法概念 插入排序:它的工作原理是通过构建有序排序,对于未排序数据,在已排序序列中从后向前扫描,找到相应位置插入。 2、算法步骤 将第一待排序序列第一个元素看作一个有序序列,把第二个元素到最后一个元素当成是…...

Vue3 Vite 整合组件脚手架笔记

序号更新时间备注12024.04.03初始化整理笔记 目录 一、安装运行命令二、相关依赖内容 1、http客户端 - alova2、国际化 - I18n3、时间管理 - moment4、pdf预览 - pdfjs-dist5、doc预览 - docx-preview6、请求参数处理 - qs7、全局状态管理 - Pinia8、路由管理 - vue-router9、…...

续二叉搜索树递归玩法

文章目录 一、插入递归二、寻找递归&#xff08;非常简单&#xff0c;走流程就行&#xff09;三、插入递归&#xff08;理解起来比较麻烦&#xff09; 先赞后看&#xff0c;养成习惯&#xff01;&#xff01;&#xff01;^ _ ^<3 ❤️ ❤️ ❤️ 码字不易&#xff0c;大家的…...

DDD 的四层领域模型是怎样的?包含哪些基础概念?

DDD的四层领域模型如下所示&#xff1a; 展现层&#xff1a;这一层负责向用户显示信息和解释用户命令&#xff0c;完成前端界面逻辑。并将用户请求传递给应用层。应用层&#xff1a;这一层是很薄的一层&#xff0c;负责协调领域层中的领域对象&#xff0c;组成具体应用场景。应…...

AI 在医疗保健领域的应用:技术、趋势和前景

人工智能&#xff08;AI&#xff09;在医疗保健领域的应用已经成为引人瞩目的发展方向&#xff0c;其在医学影像分析、疾病诊断和个性化治疗等方面展现出了巨大潜力。本文将深入探讨这些技术应用和未来的发展趋势。 医学影像分析 医学影像分析是AI在医疗领域中应用最广泛的领…...

SVG XML 格式定义图形入门介绍

SVG SVG means Scalable Vector Graphics. SVG 使用 XML 格式定义图形SVG 图像在放大或改变尺寸的情况下其图形质量不会有所损失SVG 是万维网联盟的标准 Hello World Use SVG in html and you can see: Link to the SVG file You can use <a> tag to link to the svg…...

MYSQL数据库的故障排除与优化

目录 一.MySQL单实例故障排查 故障现象1 故障现象 2 故障现象 3 故障现象 4 故障现象 5 故障现象 6 故障现象 7 故障现象 8 二.主从环境常见故障 1.故障一 2. 故障二 3. 故障三 三. 优化 1.SQL优化 2. 架构优化 3.硬件方面 1.1 关于CPU 1.2 关于内存 1.3 关…...

C++从入门到精通——入门知识

1. C关键字(C98) C总计63个关键字&#xff0c;C语言32个关键字 2. 命名空间 在C/C中&#xff0c;变量、函数和后面要学到的类都是大量存在的&#xff0c;这些变量、函数和类的名称都将存在于全局作用域中&#xff0c;可能会导致很多冲突。使用命名空间的目的就是对标识符的名…...

一些题目学习

1.打开文件添加helloworld public class Saier {public static void main(String[] args){String path"C:\\Users\\sjg\\Desktop\\abc.txt";String text"hello world";try {File file new File(path);FileWriter fileWriter new FileWriter(file,true);…...

Linux上管理文件系统

Linux上管理文件系统 机械硬盘 机械硬盘由多块盘片组成&#xff0c;它们都绕着主轴旋转。每块盘片上下方都有读写磁头悬浮在盘片上下方&#xff0c;它们与盘片的距离极小。在每次读写数据时盘片旋转&#xff0c;读写磁头被磁臂控制着不断的移动来读取其中的数据。 所有的盘片…...

【Linux】寿司线程池{单例模式之懒汉模式下的线程池}

文章目录 回顾单例模式0.多线程下的单例模式的意义1.什么是单例模式1.0设计模式1.1C单例模式的介绍及原理1.2拷贝构造和赋值重载的处理1.3if (nullptr ptr)&#xff0c;nullptr放在比较运算符的前面?1.4实现单例模式的方式 2.实现懒汉方式的单例模式2.1单线程的单例模式2.2多…...

Docker资源管理和分配指南

什么是cgroup&#xff1f; cgroups其名称源自控制组群&#xff08;control groups&#xff09;的简写&#xff0c;是Linux内核的一个功能&#xff0c;用来限制、控制与分离一个进程组&#xff08;如CPU、内存、磁盘输入输出等&#xff09;。 什么是Docker资源限制&#xff1f;…...

为什么索引的底层结构是B+树

B树 1.数据库与数据交互的单位是page,而B树的每个节点都是一个page,访问一个节点&#xff0c;就相当于进行了一次I/O操作。所以访问的节点越少&#xff0c;查找效率越大。而B树是矮胖的&#xff0c;查找深度也不会太大。 2.B树中的节点是有序存储的&#xff0c;对于范围查询、排…...

NLP学习路线指南总结

当然可以&#xff0c;以下是一份较为详细的NLP学习路线指南&#xff0c;帮助你逐步掌握自然语言处理的核心技术和应用。 一、基础知识与技能 语言学基础&#xff1a; 语言学基本概念&#xff1a;语音、语法、语义等。语言的层次与分类&#xff1a;语音学、音系学、句法学、语…...

试过了,ChatGPT确实不用注册就可以使用了!

看到官网说不用登录也可以直接使用ChatGPT 我们来试一下 直接打开官网 默认是直接进入了chatgpt3.5的聊天界面 之前是默认进的登录页面 聊一下试试 直接回复了&#xff0c;目前属于未登录状态&#xff0c;挺好&#xff01; 来试下ChatGPT4 跳转到了登录页面 目前来看gpt4还…...

CANoe自带的TCP/IP协议栈中TCP的keep alive机制是如何工作的

TCP keep alive机制我们已经讲过太多次,车内很多控制器的TCP keep alive机制相信很多开发和测试的人也配置或者测试过。我们今天想知道CANoe软件自带的TCP/IP协议栈中TCP keep alive机制是如何工作的。 首先大家需要知道TCP keep alive的参数有哪些?其实就三个参数:CP_KEEP…...

【C++练级之路】【Lv.18】哈希表(哈希映射,光速查找的魔法)

快乐的流畅&#xff1a;个人主页 个人专栏&#xff1a;《算法神殿》《数据结构世界》《进击的C》 远方有一堆篝火&#xff0c;在为久候之人燃烧&#xff01; 文章目录 引言一、哈希1.1 哈希概念1.2 哈希函数1.3 哈希冲突 二、闭散列2.1 数据类型2.2 成员变量2.3 默认成员函数2.…...

「PHP系列」If...Else语句/switch语句

文章目录 一、If...Else语句1. 基本语法2. 带有 elseif 的语法3. 示例示例 1&#xff1a;基本 if...else 结构示例 2&#xff1a;使用 elseif示例 3&#xff1a;嵌套 if...else 结构 4. 注意事项 二、switch语句1. 基本语法2. 示例示例 1&#xff1a;基本 switch 结构示例 2&am…...

Ubuntu部署BOA服务器

BOA服务器概述 BOA是一款非常小巧的Web服务器&#xff0c;源代码开放、性能优秀、支持CGI通用网关接口技术&#xff0c;特别适合用在嵌入式系统中。 BOA服务器主要功能是在互联嵌入式设备之间进行信息交互&#xff0c;达到通用网络对嵌入式设备进行监控&#xff0c;并将反馈信…...