并发编程

DBC 701 0

1.是否掌握线程、进程、协程的区别

能否解释下什么是进程、线程、协程,他们之间的关系是怎样的

温馨提示

进程: 本质上是一个独立执行的程序,进程是操作系统进行资源分配和调度的基本概念,操作系统进行资源分配和调度的一个独立单位

线程:是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位。一个进程中可以并发多个线程,每条线程执行不同的任务,切换受系统控制。

协程: 又称为微线程,是一种用户态的轻量级线程,协程不像线程和进程需要进行系统内核上的上下文切换,协程的上下文切换是由用户自己决定的,有自己的上下文,所以说是轻量级的线程,也称之为用户级别的线程就叫协程,一个线程可以多个协程,线程进程都是同步机制,而协程则是异步
Java的原生语法中并没有实现协程,目前python、Lua和GO等语言支持

关系:一个进程可以有多个线程,它允许计算机同时运行两个或多个程序。线程是进程的最小执行单位,CPU的调度切换的是进程和线程,进程和线程多了之后调度会消耗大量的CPU,CPU上真正运行的是线程,线程可以对应多个协程

协程对于多线程有什么优缺点吗

温馨提示

优点
非常快速的上下文切换,不用系统内核的上下文切换,减小开销
单线程即可实现高并发,单核CPU可以支持上万的协程
由于只有一个线程,也不存在同时写变量的冲突,在协程中控制共享资源不需要加锁
缺点
协程无法利用多核资源,本质也是个单线程
协程需要和进程配合才能运行在多CPU上
目前java没成熟的第三方库,存在风险
调试debug存在难度,不利于发现问题

2.是否清晰表达并发+并行的区别

说下并发和并行的区别,举些例子说下

温馨提示

并发 concurrency:
一台处理器上同时处理任务, 这个同时实际上是交替处理多个任务,程序中可以同时拥有两个或者多个线程,当有多个线程在操作时,如果系统只有一个CPU,则它根本不可能真正同时进行一个以上的线程,它只能把CPU运行时间划分成若干个时间段,再将时间段分配给各个线程执行

并行 parallellism:
多个CPU上同时处理多个任务,一个CPU执行一个进程时,另一个CPU可以执行另一个进程,两个进程互不抢占CPU资源,可以同时进行

并发指在一段时间内宏观上去处理多个任务。 并行指同一个时刻,多个任务确实真的同时运行。

例子:
并发是一心多用,听课和看电影,但是CPU大脑只有一个,所以轮着来
并行:火影忍者中的影分身,有多个你出现,可以分别做不同的事情

一个项目经理A和3个程序B C D的故事
单线程
并发:A给B讲完需求,B自己去实现,期间A继续给C和D讲,不用等待某个程序员去完成,期间项目经理没空闲下来
并行:直接找3个项目经理分别分配给3个程序员

3.Java多线程的实现方式和区别

你知道java里面实现多线程有哪几种方式,有什么不同,比较常用哪种

继承Thread

温馨提示

继承Thread,重写里面run方法,创建实例,执行start
优点:代码编写最简单直接操作
缺点:没返回值,继承一个类后,没法继承其他的类,拓展性差

public class test {
    public static void main(String[] args) {

        ThreadDemo threadDemo = new ThreadDemo();
        threadDemo.setName("demo1");
        threadDemo.start();

        System.out.println("主线程:"+Thread.currentThread().getName());

    }

}

public class ThreadDemo extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("继承Thread实现多线程,名称:"+Thread.currentThread().getName());
    }
}
控制台输出

实现Runnable

温馨提示

自定义类实现Runnable,实现里面run方法,创建Thread类,使用Runnable接口的实现对象作为参数传递给Thread对象,调用Strat方法

优点:线程类可以实现多个几接口,可以再继承一个类
缺点:没返回值,不能直接启动,需要通过构造一个Thread实例传递进去启动

public class test {
    public static void main(String[] args) {

        ThreadDemo2 threadDemo2 = new ThreadDemo2();
        Thread thread = new Thread(threadDemo2);
        thread.setName("demo2");
        thread.start();
        System.out.println("主线程名称:"+Thread.currentThread().getName());


    }

}


public class ThreadDemo extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("继承Thread实现多线程,名称:"+Thread.currentThread().getName());
    }
}

​JDK8之后采用lambda表达式

public class test {
    public static void main(String[] args) {

        Thread thread = new Thread(()->{
            System.out.println("通过Runnable实现多线程,名称:"+Thread.currentThread().getName());
        });
        thread.setName("demo2");
        thread.start();
        System.out.println("主线程名称:"+Thread.currentThread().getName());




    }

}
控制台输出

通过Callable和FutureTask方式

温馨提示

创建callable接口的实现类,并实现call方法,结合FutureTask类包装Callable对象,实现多线程
优点:有返回值,拓展性也高
缺点:jdk5以后才支持,需要重写call方法,结合多个类比如FutureTask和Thread类

import java.util.concurrent.Callable;

public class MyTask implements Callable<Object> {
    @Override
    public Object call() throws Exception {

        System.out.println("通过Callable实现多线程,名称:"+Thread.currentThread().getName());

        return "这是返回值";
    }
}




public class test {
    public static void main(String[] args) {

        FutureTask<Object> futureTask = new FutureTask<>(()->{
            System.out.println("通过Callable实现多线程,名称:"+Thread.currentThread().getName());
            return "这是返回值";
        });


//        MyTask myTask = new MyTask();
//        FutureTask<Object> futureTask = new FutureTask<>(myTask);

        //FutureTask继承了Runnable,可以放在Thread中启动执行
        Thread thread = new Thread(futureTask);
        thread.setName("demo3");
        thread.start();
        System.out.println("主线程名称:"+Thread.currentThread().getName());

        try {

            System.out.println(futureTask.get());

        } catch (InterruptedException e) {
            //阻塞等待中被中断,则抛出
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {

            //执行过程发送异常被抛出
            e.printStackTrace();
        }


    }

}
控制台输出

通过线程池创建线程

温馨提示

自定义Runnable接口,实现run方法,创建线程池,调用执行方法并传入对象
优点:安全高性能,复用线程
缺点: jdk5后才支持,需要结合Runnable进行使用

public class ThreadDemo4 implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("通过线程池+runnable实现多线程,名称:"+Thread.currentThread().getName());
    }
}



public class test {
    public static void main(String[] args) {

        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);

        for(int i=0;i<10;i++){
            executorService.execute(new ThreadDemo4());
        }


        System.out.println("主线程名称:"+Thread.currentThread().getName());

        //关闭线程池
        executorService.shutdown();


    }

}
控制台输出
温馨提示

一般常用的Runnable 和 第四种线程池+Runnable,简单方便扩展,和高性能 (池化的思想)

4.线程有几种状态有哪些,分别解释下

java线程常见的基本状态有哪些,这些状态分别是做什么的

温馨提示

JDK的线程状态分6种,JVM里面9种,我们一般说JDK的线程状态

常见的5种状态

创建(NEW): 生成线程对象,但是并没有调用该对象start(), new Thread()

就绪(Runnable):当调用线程对象的start()方法,线程就进入就绪状态,但是此刻线程调度还没把该线程设置为当前线程,就是没获得CPU使用权。 如果线程运行后,从等待或者睡眠中回来之后,也会进入就绪状态
注意:有些文档把就绪和运行两种状态统一称为 “运行中”

运行(Running)
程序将处于就绪状态的线程设置为当前线程,即获得CPU使用权,这个时候线程进入运行状态,开始运行run里面的逻辑

阻塞(Blocked)

等待阻塞

:进入该状态的线程需要等待其他线程作出一定动作(通知或中断),这种状态的话CPU不会分配过来,他们需要被唤醒,可能也会无限等待下去。比如调用wait(状态就会变成WAITING状态),也可能通过调用sleep(状态就会变成TIMED_WAITING), join或者发出IO请求,阻塞结束后线程重新进入就绪状态

同步阻塞

:线程在获取synchronized同步锁失败,即锁被其他线程占用,它就会进入同步阻塞状态

备注:相关资料会用细分下面的状态
等待(WAITING):进入该状态的线程需要等待其他线程做出一些特定动作(通知或中断)。
超时等待(TIMED_WAITING):该状态不同于WAITING,它可以在指定的时间后自行返回


死亡(TERMINATED):一个线程run方法执行结束,该线程就死亡了,不能进入就绪状态

5.常见线程的api操作是否熟悉

是否了解多线程开发里面常用的方法,sleep/yield/join wait/notify/notifyAll, 分别解释下

温馨提示

sleep
属于线程Thread的方法
让线程暂缓执行,等待预计时间之后再恢复
交出CPU使用权,不会释放锁
进入阻塞状态TIME_WAITGING,睡眠结束变为就绪Runnable

yield
属于线程Thread的方法
t1/t2/t3
暂停当前线程的对象,去执行其他线程
交出CPU使用权,不会释放锁,和sleep类似
作用:让相同优先级的线程轮流执行,但是不保证一定轮流
注意:不会让线程进入阻塞状态,直接变为就绪Runnable,只需要重新获得CPU使用权

join
属于线程Thread的方法
在主线程上运行调用该方法,会让主线程休眠,不会释放已经持有的对象锁
让调用join方法的线程先执行完毕,在执行其他线程
类似让救护车警车优先通过

wait
属于Object的方法
当前线程调用对象的wait方法,会释放锁,进入线程的等待队列
需要依靠notify或者notifyAll唤醒,或者wait(timeout)时间自动唤醒

notify
属于Object的方法
唤醒在对象监视器上等待的单个线程,选择是任意的

notifyAll
属于Object的方法
唤醒在对象监视器上等待的全部线程

6.线程有几种状态和API,画出转换流程图

看来挺熟悉多线程的,那你画下线程的状态转换图和这些转换过程常用的api也标记下

并发编程插图

7.并发编程常见知识点考查

平时业务代码里面使用过多线程吗,能举例几个多线程的业务场景吗?

温馨提示

异步任务:用户注册、记录日志
定时任务:定期备份日志、备份数据库
分布式计算:Hadoop处理任务mapreduce,master-wark(单机单进程)
服务器编程:Socket网络编程,一个连接一个线程

能举几个不是线程安全的数据结构吗?

温馨提示

HashMap、ArrayList、LinkedList

在Java中可以有哪些方法来保证线程安全

温馨提示

加锁,比如synchronize/ReentrantLock
使用volatile声明变量,轻量级同步,不能保证原子性(需要解释)
使用线程安全类(原子类AtomicXXX,并发容器,同步容器 CopyOnWriteArrayList/ConcurrentHashMap等
ThreadLocal本地私有变量/信号量Semaphore等

了解volatile关键字不?能否解释下,然后这和synchronized有什么大的区别

温馨提示

volatile是轻量级的synchronized,保证了共享变量的可见性,被volatile关键字修饰的变量,如果值发生了变化,其他线程立刻可见,避免出现脏读现象

volatile:保证可见性,但是不能保证原子性
synchronized:保证可见性,也保证原子性

使用场景
1、不能修饰写入操作依赖当前值的变量,比如num++、num=num+1,不是原子操作,肉眼看起来是,但是JVM字节码层面不止一步

2、由于禁止了指令重排,所以JVM相关的优化没了,效率会偏弱

补充知识——原子性

即一个操作或者多个操作,要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断,要么就都不执行。原子性就像数据库里面的事务一样,他们是一个团队,同生共死。

一个很经典的例子就是银行账户转账问题:比如从账户A向账户B转1000元,那么必然包括2个操作:从账户A减去1000元,往账户B加上1000元。试想一下,如果这2个操作不具备原子性,会造成什么样的后果。假如从账户A减去1000元之后,操作突然中止。然后又从B取出了500元,取出500元之后,再执行 往账户B加上1000元 的操作。这样就会导致账户A虽然减去了1000元,但是账户B没有收到这个转过来的1000元。

所以这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。同样地反映到并发编程中会出现什么结果呢?举一个简单的例子:

i = 0;       //1
j = i ;      //2
i++;         //3
i = j + 1;   //4

上面四个操作,有哪个几个是原子操作,那几个不是?如果不是很理解,可能会认为都是原子性操作,其实只有1才是原子操作,其余均不是。

温馨提示

1在Java中,对基本数据类型的变量和赋值操作都是原子性操作;
2中包含了两个操作:读取i,将i值赋值给j
3中包含了三个操作:读取i值、i + 1 、将+1结果赋值给i;
4中同三一样

在单线程环境下我们可以认为整个步骤都是原子性操作,但是在多线程环境下则不同,Java只保证了基本数据类型的变量和赋值操作才是原子性的(注:在32位的JDK环境下,对64位数据的读取不是原子性操作*,如long、double)。

要想在多线程环境下保证原子性,则可以通过锁、synchronized来确保。volatile是无法保证复合操作的原子性。

为什么会出现脏读?

温馨提示

JAVA内存模型简称 JMM
JMM规定所有的变量存在在主内存,每个线程有自己的工作内存,线程对变量的操作都在工作内存中进行,不能直接对主内存就行操作

使用volatile修饰变量
每次读取前必须从主内存属性最新的值
每次写入需要立刻写到主内存中

volatile关键字修修饰的变量随时看到的自己的最新值,假如线程1对变量v进行修改,那么线程2是可以马上看见

并发编程插图2

你说volatile可以避免指令重排,能否解释下什么是指令重排

温馨提示

指令重排序分两类 编译器重排序和运行时重排序

JVM在编译java代码或者CPU执行JVM字节码时,对现有的指令进行重新排序,主要目的是优化运行效率(不改变程序结果的前提)

int a = 3 //1
int b = 4 //2
int c =5 //3
int h = a*b*c //4

定义顺序 1,2,3,4
计算顺序 1,3,2,4 和 2,1,3,4 结果都是一样


虽然指令重排序可以提高执行效率,但是多线程上可能会影响结果,有什么解决办法?
解决办法:内存屏障
解释:内存屏障是屏障指令,使CPU对屏障指令之前和之后的内存操作执行结果的一种约束

知道 happens-before吗,能否简单解释下?

温馨提示

先行发生原则,volatile的内存可见性就提现了该原则之一


例子:
//线程A操作
int k = 1;

//线程B操作
int j = k;

//线程C操作
int k = 2

分析:
假设线程A中的操作“k=1”先行发生于线程B的操作“j=k”,那确定在线程B的操作执行后,变量j的值一定等于1,依据有两个:一是先行发生原则,“k=1”的结果可以被观察到;二是第三者线程C还没出现,线程A操作结束之后没有其他线程会修改变量k的值。

但是考虑线程C出现了,保持线程A和线程B之间的先行发生关系,线程C出现在线程A和线程B的操作之间,但是线程C与线程B没有先行发生关系,那j的值会是多少?答案是1和2都有可能,因为线程C对变量k的影响可能会被线程B观察到,也可能不会,所以线程B就存在读取到不符合预期数据的风险,不具备多线程安全性


八大原则(对这个不理解,一定要去补充相关博文知识)
1、程序次序规则
2、管程锁定规则
3、volatile变量规则
4、线程启动规则
5、线程中断规则
6、线程终止规则
7、对象终结规则
8、传递性

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