面试题之多线程

(一) 并发编程三要素

1.定义

• 原子性: 一个不可再被分割的颗粒。原子性指的是一个或多个操作要么全部执行成功要么全部执行失败。
• 有序性: 程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。（处理器可能会对指令进行重排序）
• 可见性: 一个县城对共享变量的修改,另一个线程能够立刻看到。

2.处理方案：

• synchronized和Lock能确保原子性，能让多线程执行代码的时候依次按顺序执行，自然就具有有序性。
• 而volatile关键字也可以解决这个问题，volatile 关键字可以保证有序性，让处理器不会把这行代码进行优化排序。

3.volatile 相关关联点

（1）定义

• volatile 是一个类型修饰符。volatile 的作用是作为指令关键字，确保本条指令不会因编译器的优化而省略

（2）volatile 的特性

• 保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。（实现可见性）
  禁止进行指令重排序。（实现有序性）
  只能保证对单次读/写的原子性。i++ 这种操作不能保证原子性

(二) 创建线程的方式以及对比

1.方式

• 1）继承Thread类创建线程类
• 2）通过Runnable接口创建线程类
• 3）通过Callable和Future创建线程
• 4）通过线程池创建

2.对比

Runnable与Callable接口实现基本一致。这两种方式优缺点：

• (a)线程类还可以继承其他类
• (b)多个线程可以共享一个target，非常适合多个相同的线程处理同一份资源的情况。从而可以将CPU，代码，数据分开，形成清晰的模型，较好的体现了面向对象的编程思想。
• (c)缺点是编程复杂一些，如果需要访问当前线程，需要访问Thread.currentThread()

采用Thread

• (a)缺点是不能继承其他父类
• (b)优点是编码简单，当前线程this即可。

（三）线程的五种基本状态

1）新建状态（New）：当线程对象对创建后，即进入了新建状态，如：Thread t = new MyThread()；

2）就绪状态（Runnable）：当调用线程对象的start()方法（t.start();），线程即进入就绪状态。处于就绪状态的线程，只是说明此线程已经做好了准备，随时等待CPU调度执行，并不是说执行了t.start()此线程立即就会执行；

3）运行状态（Running）：当CPU开始调度处于就绪状态的线程时，此时线程才得以真正执行，即进入到运行状态。

就绪状态是进入到运行状态的唯一入口，也就是说，线程要想进入运行状态执行，首先必须处于就绪状态中；

4）阻塞状态（Blocked）：处于运行状态中的线程由于某种原因，暂时放弃对CPU的使用权，停止执行，此时进入阻塞状态，直到其进入到就绪状态，才 有机会再次被CPU调用以进入到运行状态。

根据阻塞产生的原因不同，阻塞状态又可以分为三种：

• a.等待阻塞：运行状态中的线程执行wait()方法，使本线程进入到等待阻塞状态；

• b.同步阻塞 – 线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，它会进入同步阻塞状态；

• c.其他阻塞 – 通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。

5）死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

（四）几种方法的比较

• Thread.sleep(long millis)，一定是当前线程调用此方法，当前线程进入阻塞，但不释放对象锁，millis后线程自动苏醒进入可运行状态。作用：给其它线程执行机会的最佳方式。

• Thread.yield()，一定是当前线程调用此方法，当前线程放弃获取的cpu时间片，由运行状态变会可运行状态，让OS再次选择线程。作用：让相同优先级的线程轮流执行，但并不保证一定会轮流执行。实际中无法保证yield()达到让步目的，因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中。Thread.yield()不会导致阻塞。

• t.join()/t.join(long millis)，当前线程里调用其它线程1的join方法，当前线程阻塞，但不释放对象锁，直到线程1执行完毕或者millis时间到，当前线程进入可运行状态。

• obj.wait()，当前线程调用对象的wait()方法，当前线程释放对象锁，进入等待队列。依靠notify()/notifyAll()唤醒或者wait(long timeout)timeout时间到自动唤醒。

• obj.notify()唤醒在此对象监视器上等待的单个线程，选择是任意性的。notifyAll()唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。

（五）线程池

1.通过Excutors创建的四种线程池

• 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。

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue<Runnable>());
}

• newFixedThreadPool ：创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

• newScheduledThreadPool ：创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
          new DelayedWorkQueue());
}

• newSingleThreadExecutor：创建一个单线程化的线程池，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。

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

2.线程池常见参数

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) { }

• corePoolSize：核心线程数量，会一直存在，除非allowCoreThreadTimeOut设置为true
• maximumPoolSize：线程池允许的最大线程池数量
• keepAliveTime：线程数量超过corePoolSize，空闲线程的最大超时时间
• unit：超时时间的单位
• workQueue：工作队列，保存未执行的Runnable 任务
• threadFactory：创建线程的工厂类
• handler：当线程已满，工作队列也满了的时候，会被调用。被用来实现各种拒绝策略。

3.线程池的拒绝策略
如何实现自定义策略：通过实现 RejectedExecutionHandler 接口

jdk内置的四种拒绝策略：

• AbortPolicy(默认)：直接抛出RejectedExecutionException异常阻止系统正常运行。
• CallerRunsPolicy：“调用者运行”一种调节机制，该策略既不会丢弃任务，也不会抛出异常，而是将某些任务回退给调用者，从而降低新任务的流量。
• DiscardOldestPolicy：抛弃队列中等待最久的任务，然后把当前任务加入队列中尝试再次提交当前任务。
• DiscardPolicy：直接丢弃任务，不予任何处理也不抛出异常。如果允许任务丢失，这是最好的一种方案。
  4.通过Excutors创建线程池的弊端(引用阿里的开发手册)

阿里巴巴Java开发手册，明确指出不允许使用Executors静态工厂构建线程池
原因如下：
线程池不允许使用Executors去创建，而是通过ThreadPoolExecutor的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险
说明：Executors返回的线程池对象的弊端如下：
1：FixedThreadPool 和 SingleThreadPool：
允许的请求队列（底层实现是LinkedBlockingQueue）长度为Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而导致OOM
2：CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool
允许的创建线程数量为Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量的线程，从而导致OOM。

（六）乐观锁与悲观锁

乐观锁

总是认为不会产生并发问题，每次去取数据的时候总认为不会有其他线程对数据进行修改，因此不会上锁，但是在更新时会判断其他线程在这之前有没有对数据进行修改，一般会使用版本号机制或CAS操作实现。

• version方式：一般是在数据表中加上一个数据版本号version字段，表示数据被修改的次数，当数据被修改时，version值会加一。当线程A要更新数据值时，在读取数据的同时也会读取version值，在提交更新时，若刚才读取到的version值为当前数据库中的version值相等时才更新，否则重试更新操作，直到更新成功。
  核心SQL代码：
  update table set x=x+1, version=version+1 where id=#{id} and version=#{version};

• CAS操作方式：即compare and swap 或者 compare and set，涉及到三个操作数，数据所在的内存值，预期值，新值。当需要更新时，判断当前内存值与之前取到的值是否相等，若相等，则用新值更新，若失败则重试，一般情况下是一个自旋操作，即不断的重试。

悲观锁

总是假设最坏的情况，每次取数据时都认为其他线程会修改，所以都会加锁（读锁、写锁、行锁等），当其他线程想要访问数据时，都需要阻塞挂起。可以依靠数据库实现，如行锁、读锁和写锁等，都是在操作之前加锁，在Java中，synchronized的思想也是悲观锁。