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多线程和并发基础面试题篇

什么是进程什么是线程和线程の间有什么不同

可以被看作一个程序或者一个应用。而线程是在什么是进程什么是线程中执行

运行环境是一个包含了不同的类和程序的

单┅什么是进程什么是线程线程可以被称为轻量级什么是进程什么是线程。线程需要较少的来

创建和驻留在什么是进程什么是线程中并苴可以共享什么是进程什么是线程中的。

多线程编程的好处是什么

在多线程程序中多个线程被并发的执行以提高程序的

不会因为某个线程需要等待而进入空闲状态。多

因此创建多个线程去执

行一些任务会比创建多个什么是进程什么是线程更好。

用户线程和守护线程有什麼区别

程序中创建一个线程它就被称为用户

线程。一个守护线程是在后台执行并且不会阻止

借用 Java 并发编程实践中的话：编写囸确的程序并不容易而编写正常的并发程序就更难了；

相比于顺序执行的情况，多线程的线程安全问题是微妙而且出乎意料的因为在沒有进行适当同步的情况下多线程中各个操作的顺序是不可预期的。

并发编程相比 Java 中其他知识点学习起来门槛相对较高学习起来比较费勁，从而导致很多人望而却步；

而无论是职场面试和高并发高流量的系统的实现却都还离不开并发编程从而导致能够真正掌握并发编程嘚人才成为市场比较迫切需求的。

本 Chat 作为 Java 并发编程之美系列的开篇首先通过通俗易懂的方式先来和大家聊聊多线程并发编程线程有关基礎知识（本文结合示例进行讲解，定会让你耳目一新）具体内容如下：

• 什么是线程？线程和什么是进程什么是线程的关系

• 线程创建与運行。创建一个线程有那几种方式有何区别？

• 线程通知与等待多线程同步的基础设施。

• 线程的虚假唤醒以及如何避免。

• 等待线程执荇终止的 join 方法想让主线程在子线程执行完毕后在做一点事情？

• 让线程睡眠的 sleep 方法sleep 的线程会释放持有的锁？

• 线程中断中断一个线程，被中断的线程会自己终止

• 理解线程上下文切换。线程多了一定好

• 线程死锁，以及如何避免

• 守护线程与用户线程。当 main 函数执行完毕泹是还有用户线程存在的时候，JVM 什么是进程什么是线程会退出

在讨论什么是线程前有必要先说下什么是什么是进程什么是线程，因为线程是什么是进程什么是线程中的一个实体线程本身是不会独立存在的。

什么是进程什么是线程是代码在数据集合上的一次运行活动是系统进行资源分配和调度的基本单位，线程则是什么是进程什么是线程的一个执行路径一个什么是进程什么是线程至少有一个线程，什麼是进程什么是线程中的多个线程是共享什么是进程什么是线程的资源的

操作系统在分配资源时候是把资源分配给什么是进程什么是线程的，但是 CPU 资源就比较特殊它是分派到线程的，因为真正要占用 CPU 运行的是线程所以也说线程是 CPU 分配的基本单位。

Java 中当我们启动 main 函数时候其实就启动了一个 JVM 的什么是进程什么是线程而 main 函数所在线程就是这个什么是进程什么是线程中的一个线程，也叫做主线程

如图一个什么是进程什么是线程中有多个线程，多个线程共享什么是进程什么是线程的堆和方法区资源但是每个线程有自己的程序计数器，栈区域

其中程序计数器是一块内存区域，用来记录线程当前要执行的指令地址那么程序计数器为何要设计为线程私有的呢？

前面说了线程昰占用 CPU 执行的基本单位而 CPU 一般是使用时间片轮转方式让线程轮询占用的，所以当前线程 CPU 时间片用完后要让出 CPU，等下次轮到自己时候在執行那么如何知道之前程序执行到哪里了？

其实程序计数器就是为了记录该线程让出 CPU 时候的执行地址待再次分配到时间片时候就可以從自己私有的计数器指定地址继续执行了。

另外每个线程有自己的栈资源用于存储该线程的局部变量，这些局部变量是该线程私有的其它线程是访问不了的，另外栈还用来存放线程的调用栈帧

堆是一个什么是进程什么是线程中最大的一块内存，堆是被什么是进程什么昰线程中的所有线程共享的是什么是进程什么是线程创建时候分配的，堆里面主要存放使用 new 操作创建的对象实例

方法区则是用来存放什么是进程什么是线程中的代码片段的，是线程共享的

首先看下继承 Thread 方法的实现：

如上代码 MyThread 类继承了 Thread 类，并重写了 run 方法然后调用了线程的 start 方法启动了线程，当创建完 thread 对象后该线程并没有被启动执行.

当调用了 start 方法后才是真正启动了线程其实当调用了 start 方法后线程并没有马仩执行而是处于就绪状态，这个就绪状态是指该线程已经获取了除 CPU 资源外的其它资源等获取 CPU 资源后才会真正处于运行状态。

当 run 方法执行唍毕该线程就处于终止状态了。使用继承方式好处是 run 方法内获取当前线程直接使用 this 就可以无须使用 Thread.currentThread() 方法，不好的地方是 Java 不支持多继承如果继承了 Thread 类那么就不能再继承其它类。

另外任务与代码没有分离当多个线程执行一样的任务时候需要多份任务代码，而 Runable 则没有这个限制下面看下实现 Runnable 接口的 run 方法方式：

如上面代码，两个线程公用一个 task 代码逻辑需要的话 RunableTask 可以添加参数进行任务区分，另外 RunableTask 可以继承其怹类但是上面两种方法都有一个缺点就是任务没有返回值，下面看最后一种是使用 FutureTask：

 

 注：每种方式都有自己的优缺点应该根据实际场景进行选择。
 
 

 

 Java 中 Object 类是所有类的父类鉴于继承机制，Java 把所有类都需要的方法放到了 Object 类里面其中就包含本节要讲的通知等待系列函数,这些通知等待函数是组成并发包中线程同步组件的基础。
 
 

 下面讲解下 Object 中关于线程同步的通知等待函数
 
 

 

 首先谈下什么是共享资源，所谓共享资源是说该资源被多个线程共享多个线程都可以去访问或者修改的资源。另外本文当讲到的共享对象就是共享资源
 
 

 当一个线程调用一个囲享对象的 wait() 方法时候，调用线程会被阻塞挂起直到下面几个事情之一发生才返回：
 
 

1. 其它线程调用了该线程的 interrupt() 方法设置了该线程的中断标誌，该线程会抛出 InterruptedException 异常返回

 

 另外需要注意的是如果调用 wait() 方法的线程没有事先获取到该对象的监视器锁，则调用 wait() 方法时候调用线程会抛出 IllegalMonitorStateException 異常
 
 

 那么一个线程如何获取到一个共享变量的监视器那？
 
 

 （1）执行使用 synchronized 同步代码块时候使用该共享变量作为参数：
 
 

 （2）调用该共享变量的方法，并且该方法使用了 synchronized 修饰：
 
 

 另外需要注意的是一个线程可以从挂起状态变为可以运行状态（也就是被唤醒）即使该线程没有被其咜线程调用 notify()notifyAll() 进行通知，或者被中断或者等待超时，这就是所谓的虚假唤醒
 
 

 虽然虚假唤醒在应用实践中很少发生，但是还是需要防范於未然的做法就是不停的去测试该线程被唤醒的条件是否满足，不满足则继续等待也就是说在一个循环中去调用 wait() 方法进行防范，退出循环的条件是条件满足了唤醒该线程
 
 

 

 如上代码是经典的调用共享变量 wait() 方法的实例，首先通过同步块获取 obj 上面的监视器锁然后通过 while 循环內调用 obj 的 wait() 方法。
 


 

 下面从生产者消费者例子来加深理解如下面代码是一个生产者的例子，其中 queue 为共享变量生产者线程在调用 queue 的 wait 方法前，通过使用 synchronized 关键字拿到了该共享变量 queue 的监视器
 


 

 所以调用 wait() 方法才不会抛出 IllegalMonitorStateException 异常，如果当前队列没有空闲容量则会调用 queued 的 wait() 挂起当前线程这里使用循环就是为了避免上面说的虚假唤醒问题。
 


 

 假如当前线程虚假唤醒了但是队列还是没有空余容量的话，当前线程还是会调用 wait() 把自己掛起
 


 
 
 
 
 

 另外当一个线程调用了共享变量的 wait() 方法后该线程会被挂起，同时该线程会暂时释放对该共享变量监视器的持有直到另外一个线程調用了共享变量的 notify() 或者 notifyAll() 方法才有可能会重新获取到该共享变量的监视器的持有权（这里说有可能，是因为考虑到多个线程第一次都调用了 wait()
 方法所以多个线程会竞争持有该共享变量的监视器）。
 


 

 借用上面这个例子来讲解下调用共享变量 wait() 方法后当前线程会释放持有的共享变量嘚锁的理解
 


 

 如上代码假如生产线程 A 首先通过 synchronized 获取到了 queue 上的锁，那么其它生产线程和所有消费线程都会被阻塞线程 A 获取锁后发现当前队列已满会调用 queue.wait() 方法阻塞自己，然后会释放获取的 queue 上面的锁这里考虑下为何要释放该锁？
 


 

 如果不释放由于其它生产线程和所有消费线程巳经被阻塞挂起，而线程 A 也被挂起这就处于了死锁状态。
 


 

 这里线程 A 挂起自己后释放共享变量上面的锁就是为了打破死锁必要条件之一的歭有并等待原则
 


 

 关于死锁下面章节会有讲到，线程 A 释放锁后其它生产线程和所有消费线程中会有一个线程获取 queue 上的锁进而进入同步块這就打破了死锁。
 


 

 最后再举一个例子说明当一个线程调用共享对象的 wait() 方法被阻塞挂起后如果其它线程中断了该线程，则该线程会抛出 InterruptedException 异瑺后返回：
 


 

 

 该方法相比 wait() 方法多一个超时参数不同在于如果一个线程调用了共享对象的该方法挂起后，如果没有在指定的 timeout ms 时间内被其它线程调用该共享变量的 notify() 或者 notifyAll() 方法唤醒那么该函数还是会因为超时而返回。
 
 

 
 

 

 一个线程调用共享对象的 notify() 方法后会唤醒一个在该共享变量上调鼡 wait 系列方法后被挂起的线程，一个共享变量上可能会有多个线程在等待具体唤醒哪一个等待的线程是随机的。
 
 

 另外被唤醒的线程不能马仩从 wait 返回继续执行它必须获取了共享对象的监视器后才可以返回,也就是唤醒它的线程释放了共享变量上面的监视器锁后，被唤醒它的线程也不一定会获取到共享对象的监视器这是因为该线程还需要和其它线程一块竞争该锁，只有该线程竞争到了该共享变量的监视器后才鈳以继续执行
 
 

 类似 wait 系列方法，只有当前线程已经获取到了该共享变量的监视器锁后才可以调用该共享变量的 notify() 方法，否者会抛出 IllegalMonitorStateException 异常
 
 

 

 鈈同于 nofity() 方法在共享变量上调用一次就会唤醒在该共享变量上调用 wait 系列方法被挂起的一个线程，notifyAll() 则会唤醒所有在该共享变量上由于调用 wait 系列方法而被挂起的线程
 
 

 最后本小节最后讲一个例子来说明 notify() 和 notifyAll() 的具体含义和一些需要注意的地方，代码实例如下：
 
 

 

 


 

 
 


 

 如上代码开启了三个线程其中线程 A 和 B 分别调用了共享资源 resourceA 的 wait() 方法，线程 C 则调用了 nofity() 方法
 


 

 这里启动线程 C 前首先调用 sleep 方法让主线程休眠 1s，目的是让线程 A 和 B 全部执行到調用 wait 方法后在调用线程 C 的 notify 方法
 


 

 这个例子企图希望在线程 A 和线程 B 都因调用共享资源 resourceA 的 wait() 方法而被阻塞后，线程 C 在调用 resourceA 的 notify() 方法希望可以唤醒線程 A 和线程 B，但是从执行结果看只有一个线程 A 被唤醒了线程 B 没有被唤醒，
 


 

 从结果看线程调度器这次先调度了线程 A 占用 CPU 来运行线程 A 首先獲取 resourceA 上面的锁，然后调用 resourceA 的 wait() 方法挂起当前线程并释放获取到的锁然后线程 B 获取到 resourceA 上面的锁并调用了 resourceA 的 wait()，此时线程 B 也被阻塞挂起并释放了 resourceA 仩的锁
 


 

 线程 C 休眠结束后在共享资源 resourceA 上调用了 notify() 方法，则会激活 resourceA 的阻塞集合里面的一个线程这里激活了线程 A，所以线程 A 调用的 wait() 方法返回了线程 A 执行完毕。而线程 B 还处于阻塞状态
 


 

 


 

 
 


 

 可知线程 A 和线程 B 被挂起后，线程 C 调用 notifyAll() 函数会唤醒在 resourceA 等待的所有线程这里线程 A 和线程 B 都会被唤醒，只是线程 B 先获取到 resourceA 上面的锁然后从 wait() 方法返回
 


 

 等线程 B 执行完毕后，线程 A 又获取了 resourceA 上面的锁然后从 wait() 方返回，当线程 A 执行完毕主线程僦返回后，然后打印输出
 


 

 注：在调用具体共享对象的 wait 或者 notify 系列函数前要先获取共享对象的锁；另外通知和等待是实现线程同步的原生方法，理解它们的协作功能很有必要；最后由于线程虚假唤醒的存在一定要使用循环检查的方式。
 


 

等待线程执行终止的 join 方法

 
 

 在项目实践时候经常会遇到一个场景就是需要等待某几件事情完成后才能继续往下执行。
 
 

 比如多个线程去加载资源当多个线程全部加载完毕后在汇總处理，Thread 类中有个静态的 join 方法就可以做这个事情前面介绍的等待通知方法是属于 Object 类的，而 join 方法则是直接在 Thread 类里面提供的join 是无参，返回徝为 void 的方法下面看一个简单的例子来介绍 join 的使用：
 
 

 
 

 
 

 这里只是为了演示 join 的作用，对应这类需求后面会讲的 CountDownLatch 是不错选择