网上的常规与经典面试题汇总与答案—–线程和锁部分

面试常考知识点

线程

创建线程的方式及实现

一般有三种方式：

1. 继承Thread类创建线程
2. 实现Runnable接口创建线程
3. 使用Callable和Future创建线程

三种方式的对比：

实现Runnable和实现Callable接口的方式基本相同，不过是后者执行call()方法有返回值，后者线程执行体run()方法无返回值，因此可以把这两种方式归为一种这种方式与继承Thread类的方法之间的差别如下：

1. 线程只是实现Runnable或实现Callable接口，还可以继承其他类。
2. 这种方式下，多个线程可以共享一个target对象，非常适合多线程处理同一份资源的情形。
3. 但是编程稍微复杂，如果需要访问当前线程，必须调用Thread.currentThread()方法。
4. 继承Thread类的线程类不能再继承其他父类（Java单继承决定）。 一般推荐使用实现Runnable接口的方式创建线程

https://www.cnblogs.com/3s540/p/7172146.html

sleep()，wait()，yield()和join()方法的区别

sleep()

sleep()方法需要指定等待的时间，它可以让当前正在执行的线程在指定的时间内暂停执行，进入阻塞状态，该方法既可以让其他同优先级或者高优先级的线程得到执行的机会，也可以让低优先级的线程得到执行机会。但是sleep()方法不会释放“锁标志”，也就是说如果有synchronized同步块，其他线程仍然不能访问共享数据。

wait()

wait()方法需要和notify()及notifyAll()两个方法一起介绍，这三个方法用于协调多个线程对共享数据的存取，所以必须在synchronized语句块内使用，也就是说，调用wait()，notify()和notifyAll()的任务在调用这些方法前必须拥有对象的锁。注意，它们都是Object类的方法，而不是Thread类的方法。 　　wait()方法与sleep()方法的不同之处在于，wait()方法会释放对象的“锁标志”。当调用某一对象的wait()方法后，会使当前线程暂停执行，并将当前线程放入对象等待池中，直到调用了notify()方法后，将从对象等待池中移出任意一个线程并放入锁标志等待池中，只有锁标志等待池中的线程可以获取锁标志，它们随时准备争夺锁的拥有权。当调用了某个对象的notifyAll()方法，会将对象等待池中的所有线程都移动到该对象的锁标志等待池。 　　除了使用notify()和notifyAll()方法，还可以使用带毫秒参数的wait(long timeout)方法，效果是在延迟timeout毫秒后，被暂停的线程将被恢复到锁标志等待池。 　　此外，wait()，notify()及notifyAll()只能在synchronized语句中使用，但是如果使用的是ReenTrantLock实现同步，该如何达到这三个方法的效果呢？解决方法是使用ReenTrantLock.newCondition()获取一个Condition类对象，然后Condition的await()，signal()以及signalAll()分别对应上面的三个方法。

yield()

yield()方法和sleep()方法类似，也不会释放“锁标志”，区别在于，它没有参数，即yield()方法只是使当前线程重新回到可执行状态，所以执行yield()的线程有可能在进入到可执行状态后马上又被执行，另外yield()方法只能使同优先级或者高优先级的线程得到执行机会，这也和sleep()方法不同。

join()

join()方法会使当前线程等待调用join()方法的线程结束后才能继续执行

https://blog.csdn.net/xiangwanpeng/article/details/54972952

ThreadLocal 原理分析

ThreadLocal，很多地方叫做线程本地变量，也有些地方叫做线程本地存储，其实意思差不多。可能很多朋友都知道ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本，那么每个线程可以访问自己内部的副本变量。

内部维护了一个ThreadLocalMap，键值为当前ThreadLocal变量，value为变量副本（即T类型的变量）

初始时，在Thread里面，threadLocals为空，当通过ThreadLocal变量调用get()方法或者set()方法，就会对Thread类中的threadLocals进行初始化，并且以当前ThreadLocal变量为键值，以ThreadLocal要保存的副本变量为value，存到threadLocals。 然后在当前线程里面，如果要使用副本变量，就可以通过get方法在threadLocals里面查找

https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920407.html

https://www.cnblogs.com/WuXuanKun/p/5827060.html

###　synchronized(this)和synchronized(Xx.class)区别

1. Synchronized(this) :锁住该代码块的对象，等访问该对象的线程执行完，其他线程才可以执行
2. Synchronized(xxx.class) : 锁住该类，所有访问该类的线程，一次只有一个可以执行

线程池的实现原理

https://www.jianshu.com/p/adbf37ef77bb

线程池的几种方式

newCachedThreadPool

创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。

特点：

• 工作线程的创建数量几乎没有限制(其实也有限制的,数目为Interger. MAX_VALUE), 这样可灵活的往线程池中添加线程。
• 如果长时间没有往线程池中提交任务，即如果工作线程空闲了指定的时间(默认为1分钟)，则该工作线程将自动终止。终止后，如果你又提交了新的任务，则线程池重新创建一个工作线程。
• 在使用CachedThreadPool时，一定要注意控制任务的数量，否则，由于大量线程同时运行，很有会造成系统瘫痪。

newFixedThreadPool

创建一个指定工作线程数量的线程池。每当提交一个任务就创建一个工作线程，如果工作线程数量达到线程池初始的最大数，则将提交的任务存入到池队列中。

FixedThreadPool是一个典型且优秀的线程池，它具有线程池提高程序效率和节省创建线程时所耗的开销的优点。但是，在线程池空闲时，即线程池中没有可运行任务时，它不会释放工作线程，还会占用一定的系统资源。

newSingleThreadExecutor

创建一个单线程化的Executor，即只创建唯一的工作者线程来执行任务，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。如果这个线程异常结束，会有另一个取代它，保证顺序执行。单工作线程最大的特点是可保证顺序地执行各个任务，并且在任意给定的时间不会有多个线程是活动的

newScheduleThreadPool

创建一个定长的线程池，而且支持定时的以及周期性的任务执行，支持定时及周期性任务执行。

CountDownLatch

允许一个或多个线程一直等待，直到其他线程执行完后再执行

原理

CountDownLatch是通过一个计数器来实现的，计数器的初始化值为线程的数量。每当一个线程完成了自己的任务后，计数器的值就相应得减1。当计数器到达0时，表示所有的线程都已完成任务，然后在闭锁上等待的线程就可以恢复执行任务

在实时系统中的使用场景

1. 实现最大的并行性：有时我们想同时启动多个线程，实现最大程度的并行性。例如，我们想测试一个单例类。如果我们创建一个初始计数器为1的CountDownLatch，并让其他所有线程都在这个锁上等待，只需要调用一次countDown()方法就可以让其他所有等待的线程同时恢复执行。
2. 开始执行前等待N个线程完成各自任务：例如应用程序启动类要确保在处理用户请求前，所有N个外部系统都已经启动和运行了。
3. 死锁检测：一个非常方便的使用场景是你用N个线程去访问共享资源，在每个测试阶段线程数量不同，并尝试产生死锁。

https://www.jianshu.com/p/4b6fbdf5a08f

线程的生命周期

新建：new创建线程对象时 就绪：调用start()方法时 运行：调用run()方法时 阻塞： 多种原因可导致阻塞 死亡：多种原因

https://blog.csdn.net/zcl_love_wx/article/details/80470253

锁机制

线程安全问题

同时满足以下两个条件时：

1. 多个线程在操作共享的数据。
2. 操作共享数据的线程代码有多条。

如何解决线程安全问题

基本上所有的并发模式在解决线程安全问题上，都采用“序列化访问临界资源”的方案，即在同一时刻，只能有一个线程访问临界资源，也称同步互斥访问。

通常来说，是在访问临界资源的代码前面加上一个锁，当访问完临界资源后释放锁，让其他线程继续访问。在Java中，提供了两种方式来实现同步互斥访问：synchronized和Lock。

volatile 实现原理

在多线程并发编程中synchronized和Volatile都扮演着重要的角色，Volatile是轻量级的synchronized，它在多处理器开发中保证了共享变量的“可见性”。可见性的意思是当一个线程修改一个共享变量时，另外一个线程能读到这个修改的值

有volatile变量修饰的共享变量进行写操作的时候会多第二行汇编代码，通过查IA-32架构软件开发者手册可知，lock前缀的指令在多核处理器下会引发了两件事情。

* 将当前处理器缓存行的数据会写回到系统内存。
* 这个写回内存的操作会引起在其他CPU里缓存了该内存地址的数据无效。

synchronize 实现原理

synchronized可以保证方法或者代码块在运行时，同一时刻只有一个方法可以进入到临界区，同时它还可以保证共享变量的内存可见性

Java中每一个对象都可以作为锁，这是synchronized实现同步的基础：

* 普通同步方法，锁是当前实例对象
* 静态同步方法，锁是当前类的class对象
* 同步方法块，锁是括号里面的对象

http://www.importnew.com/23511.html

CAS 乐观锁

乐观锁和悲观锁

1. 悲观锁：总是假设最坏的情况，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。再比如Java里面的同步原语synchronized关键字的实现也是悲观锁。
2. 乐观锁：顾名思义，就是很乐观，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，可以使用版本号等机制。乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量，像数据库提供的类似于write_condition机制，其实都是提供的乐观锁。在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式CAS实现的。

CAS

CAS是项乐观锁技术，当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试。

CAS 操作包含三个操作数 —— 内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。如果内存位置的值与预期原值相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值。否则，处理器不做任何操作。无论哪种情况，它都会在 CAS 指令之前返回该位置的值。（在 CAS 的一些特殊情况下将仅返回 CAS 是否成功，而不提取当前值。）CAS 有效地说明了“我认为位置 V 应该包含值 A；如果包含该值，则将 B 放到这个位置；否则，不要更改该位置，只告诉我这个位置现在的值即可。”这其实和乐观锁的冲突检查+数据更新的原理是一样的。

ABA问题

CAS会导致“ABA问题”。

CAS算法实现一个重要前提需要取出内存中某时刻的数据，而在下时刻比较并替换，那么在这个时间差类会导致数据的变化。

比如说一个线程one从内存位置V中取出A，这时候另一个线程two也从内存中取出A，并且two进行了一些操作变成了B，然后two又将V位置的数据变成A，这时候线程one进行CAS操作发现内存中仍然是A，然后one操作成功。尽管线程one的CAS操作成功，但是不代表这个过程就是没有问题的。

部分乐观锁的实现是通过版本号（version）的方式来解决ABA问题，乐观锁每次在执行数据的修改操作时，都会带上一个版本号，一旦版本号和数据的版本号一致就可以执行修改操作并对版本号执行+1操作，否则就执行失败。因为每次操作的版本号都会随之增加，所以不会出现ABA问题，因为版本号只会增加不会减少