> CS-LogN思維導圖：記錄專業基礎 面試題 開源地址：https://github.com/FISHers6/CS-LogN  # 多執行緒與併發基礎 ## 實現多執行緒 ### 面試題1：有幾種實現執行緒的方法，分別是什麼 - 1.繼承Thread類，啟動執行緒的唯一方法就是通過 Thread 類的 start()例項方法，start()方法是一個 native 方法，它將啟動一個新執行緒去執行 run()方法 - 2.實現 Runnable 介面，重寫run()函式，作為引數放到Thread類建構函式中作為target屬性，執行start()方法 - 執行緒池建立執行緒、Callable本質還是使Runnable建立，Callable是父輩類繼承了Runnable，執行緒池需傳入引數 - ### 面試題2：實現Runnable方法好，還是繼承Thread類好 - 實現Runnable介面更好 - 1.單一繼承原則，如果繼承了Thread，就不能繼承其它類了，限制了可擴充套件性 - 2.Thread類每次只能建立一個獨立的執行緒，損耗大，而Runnable能利用執行緒池工具來建立執行緒 - 3.從程式碼架構上看，run內容應該與Trhead程式碼解耦 ### 面試題3：一個執行緒兩次呼叫start方法會出現什麼情況(考察原始碼) - 第二次會出現異常，從start原始碼上和執行緒生命週期上分析，一個執行緒start後， 改變了threadState狀態字；而第二次再start每次會先檢查這個狀態不是0就報異常 ### 面試題4：既然start方法會呼叫run方法，為什麼我們還是要用start方法，而不是直接呼叫run方法呢(考察原始碼) - 因為start後執行緒才會經過完整的執行緒生命週期，start呼叫native start0，虛擬機器執startThread，thread_entry入口中呼叫Thread的run， ### 面試題5：start和run有什麼區別 - run()方法:只是普通的方法，呼叫run普通方法，可以重複多次呼叫 - start()方法，會啟動一個執行緒，使得虛擬機器去呼叫Runnable物件的run()方法，不能多次啟動同一個執行緒 ### 面試題6：start方法如何呼叫run方法的(考察原始碼和JVM) - start方法呼叫native start0，JVM虛擬機器執行startThread，在thread_entry中呼叫Thread的run方法 ### 面試題7：如何正確停止執行緒 - 使用interrupt中斷通知，而不是強制，中斷通知後會讓被停止執行緒去決定何時停止，即把主動權交給需要被中斷的執行緒 ## 執行緒的生命週期 ### 面試題1：Java執行緒有哪幾種狀態 說說生命週期 - 六種生命狀態(若time_waiting也算一種) - New，已建立但還尚未啟動的新執行緒 - Runable，可執行狀態；對應作業系統的兩種狀態“就緒態” 和 “執行態”(分配到CPU) - Blocked，阻塞狀態；請求synchronized鎖未分配到時阻塞，直到獲取到monitor鎖再進入Runnable - Waiting，等待狀態 - Timed waiting，限期等待 - Terminated終止狀態 - 執行緒的生命週期 狀態轉換圖 - ## Thread和Object類中 與執行緒相關的重要方法 ### 面試題1：實現兩個執行緒交替列印奇數偶數 ### 面試題2：手寫生產者消費者設計模式，為什麼用該模式 - 主要是為了解耦，匹配不同的能力 ### 面試題3：wait後發生了什麼，為什麼需要在同步程式碼內才能使用 - 從jvm的原始碼實現上看，wait後，執行緒讓出佔有的cpu並釋放同步資源鎖；把自己加入到等待池，以後不會再主動參與cpu的競爭，除非被其它notify命中 - 為了確保執行緒安全；另外wait會釋放資源，所以肯定要先拿到這個鎖，能進入同步程式碼塊已經拿到了鎖 ### 面試題4：為什麼執行緒通訊的方法wait，notify和notifyAll放在Object類，而sleep定義在Thread類裡 (考察物件鎖) - 與物件的鎖有關，物件鎖繫結在物件的物件頭中，且放在Object裡，使每個執行緒都可以持有多個物件的鎖 ### 面試題5：wait方法是屬於Object物件的，那呼叫Thread.wait會怎麼樣 - 執行緒死的時候會自己notifyAll，釋放掉所有的持有自己物件的鎖。這個機制是實現很多同步方法的基礎。如果呼叫Thrad.wait，干擾了我們設計的同步業務流程 ### 面試題6：如何選擇notify還是notifyAll - 優先選用notifyAll，喚醒所有執行緒；除非業務需要每次只喚醒一個執行緒的 ### 面試題7：notfiy後發生的操作，notifyAll之後所有的執行緒都會再次搶奪鎖，如果某執行緒搶奪失敗怎麼辦？ - notify後，讓waiterSet等待池中的一個執行緒與entry_List鎖池一級活躍執行緒一起競爭CPU - 搶奪鎖失敗後會繼續待在原鎖池或原等待池，等待競爭CPU的排程 ### 面試題8：sleep方法與notify/wait方法的異同點 - 相同點：執行緒都會進入waiting狀態，都可以響應中斷 - 不同點：1.所屬類不同；2.wait/notify必須用在同步方法中，且會釋放鎖；3.sleep可以指定時間 ### 面試題9：join方法後父執行緒進入什麼狀態 - waiting狀態，join內部呼叫wait，子執行緒結束後自動呼叫notifyAll喚醒(jvm:exit函式) ## 執行緒安全與效能 ### 面試題1：守護執行緒和普通執行緒的區別 - 守護執行緒是服務於普通執行緒的，並且不會影響到jvm的退出 ### 面試題2：什麼是執行緒安全 - 不管業務中遇到怎樣的多個執行緒訪問某物件或某方法的情況，而在程式設計這個業務邏輯的時候，都不需要再額外做任何額外的處理（也就是可以像單執行緒程式設計一樣），程式也可以正常執行（不會因為多執行緒而出錯），就可以稱為執行緒安全 ### 面試題3：有哪些執行緒不安全的情況，什麼原因導致的 - 1.資料爭用、同時操作，如資料讀寫由於同時寫，非原子性操作導致執行結果錯誤，a++ - 2.存在競爭，順序不當，如死鎖、活鎖、飢餓 ### 面試題4：什麼是多執行緒的上下文切換，及導致的後果 - 程序執行緒切換要儲存所需要的CPU執行環境，如暫存器、棧、全域性變數等資源 - 在頻繁的io以及搶鎖的時候，會導致密集的上下文切換，多執行緒切換時，由於快取和上下文的切換會帶來效能問題 ### 面試題5：多執行緒導致的開銷有哪些 - 1.上下文切換開銷，如儲存快取(cache、快表等)的開銷 - 2.同步協作的開銷(java記憶體模型) - 為了資料的正確性，同步手段往往會使用禁止編譯器優化(如指令重排序優化、鎖粗化等)，效能變差 - 使CPU內的快取失效(比如volatile可見性讓自己執行緒的快取失效後，必須使用主存來檢視資料) ## Java記憶體模型 ### 面試題1：Java的程式碼如何一步步轉化，最終被CPU執行的 - - 1. 最開始，我們編寫的Java程式碼，是*.java檔案 2. 在編譯（javac命令）後，從剛才的*.java檔案會變出一個新的Java位元組碼檔案*.class 3. JVM會執行剛才生成的位元組碼檔案（*.class），並把位元組碼檔案轉化為機器指令 4. 機器指令可以直接在CPU上執執行，也就是最終的程式執行 - JVM實現會帶來不同的“翻譯”，不同的CPU平臺的機器指令又千差萬別，無法保證併發安全的效果一致 ### 面試題2：單例模式的作用和適用場景 - 單例模式：只獲取一次資源，全程式通用，節省記憶體和計算；保證多執行緒計算結果正確；方便管理； 比如日期工具類只需要一個例項就可以，無需多個示例 ### 面試題3：單例模式的寫法，考察(重排序、單例和高併發的關係) - 餓漢式（靜態常量、靜態程式碼塊） - 原理1：static靜態常量在類載入的時候就初始化完成了，且由jvm保證執行緒安全，保證了變數唯一 - 原理2：靜態程式碼塊中例項化和靜態常量類似；放在靜態程式碼塊裡初始化，類載入時完成； - 特徵：簡單，但沒有懶載入(需要時再載入) - 懶漢式（加synchronized鎖） - 對初始化的方法加synchronized鎖達到執行緒安全的目的，但效率低，多執行緒下變成了同步 - 懶漢式取名：用到的時候才去載入 - 雙重檢查 - 程式碼實現 - 屬性加volatile，兩次if判斷NULL值，第二次前加類鎖 - 優點 - 執行緒安全；延遲載入；效率高 - 為什麼用雙重而不用單層 - 從執行緒安全方面、效率方面講 - 靜態內部類 - 需要理解靜態內部類的優點，懶漢式載入，jvm載入順序 - 列舉 - 程式碼實現簡單 - public enum Singleton{ INSTANCE; public void method(){} } - 保證了執行緒安全 - 列舉是一個特殊的類，經過反編譯檢視，列舉最終被編譯成一個final的類，繼承了列舉父類。各個例項通過static定義，本質就是一個靜態的物件，所有第一次使用的時候採取載入(懶載入) - 避免反序列化破壞單例 - 避免了：比如用反射就繞過了構造方法，反序列化出多個例項 ### 面試題4：單例模式各種寫法分別適用的場合 - 1.最好的方法是列舉，因列舉被編譯成final類，用static定義靜態物件，懶載入。既保證了執行緒安全又避免了反序列化破壞單例 - 2.如果程式一開始要載入的資源太多，考慮到啟動速度，就應該使用懶載入 - 3.如果是物件的建立需要配置檔案(一開始要載入其它資源)，就不適合用餓漢式 ### 面試題5：餓漢式單例的缺點 - 沒有懶載入(初始化時全部加載出)，初始化開銷大 ### 面試題6：懶漢式單例的缺點 - 雖然用到的時候才去載入，但是由於加鎖，效能低 ### 面試題7：單例模式的雙重檢查寫法為什麼要用double-check - 從程式碼實現出發，保證執行緒安全、延遲載入效率高 ### 面試題8：為什麼雙重檢查要用volatile - 1.保證instance的可見性 - 類初始化分成3條指令，重排序帶來NPE空虛指標問題，加volatile防止重排序 - 2.防止初始化指令重排序 ### 面試題9：講一講什麼是Java的記憶體模型 - 1.是一組規範，需要JVM實現遵守這個規範，以便實現安全的多執行緒程式 2.volatile、synchronized、Lock等同步工具和關鍵字實現原理都用到了JMM 3.重排序、記憶體可見性、原子性 ### 面試題10：什麼是happens-before，規則有哪些 - 解決可見性問題的：在時間上，動作A發生在動作B之前，B保證能看見A，這就是happens-before - 規則 - 1 單執行緒按程式碼順序規則；2 鎖操作（synchronized和Lock）；3volatile變數；4.JUC工具類的Happens-Before原則 - 5.執行緒啟動時子執行緒啟動前能看到主執行緒run的所有內容；6.執行緒join主執行緒一定要等待子執行緒完成後再去做後面操作 - 7.傳遞性 8.中斷檢測 9.物件構造方法的最後一行指令 happens-before 於 finalize() 方法的第一行指令 ### 面試題11：講一講volatile關鍵字 - volatile是一種同步機制，比synchronized或者Lock相關類更輕量，因為使用volatile並不會發生上下文切換等開銷很大的行為。而加鎖時物件鎖會阻塞開銷大。 - 可見性，如果一個變數別修飾成volatile，那麼JVM就知道了這個變數可能會被併發修改； - 不能保證原子性 ### 面試題12：volatile的適用場合及作用 - 作用 - 1.保證可見性 2.禁止指令重排序(單例雙重鎖時) - 適合場景 - 適用場合1：boolean flag，布林具有原子性，可再由volatile保證其可見性 - 適用場合2：作為重新整理之前變數的觸發器 - 但不適合非原子性操作如：a++等 ### 面試題13：volatile和synchronized的異同 - 1 效能開銷方面: 鎖開銷更大，volatile無加鎖阻塞開銷 2 作用方面:volatile只能保證可見性，鎖既能保證可見性，又能保證原子性 ### 面試題14：什麼是記憶體可見性問題，為什麼存在 - 多執行緒下，一個執行緒修改共享資料後，其它執行緒能否感知到修改了資料的執行緒的變化 - CPU有多級快取，導致讀的資料過期，各處理機有獨自的快取未及時更新時，與主存內容不一致 ### 面試題15：主記憶體和本地記憶體的關係是什麼 - Java 作為高階語言，遮蔽了CPU cache等底層細節，用 JMM 定義了一套讀寫記憶體資料的規範，雖然我們不再需要關心一級快取和二級快取的問題，但是，JMM 抽象了主記憶體和本地記憶體的概念。 - 執行緒擁有自己的本地記憶體，並共享主記憶體的資料；執行緒讀寫共享資料也是通過本地記憶體交換的，所以才導致了可見性問題。 ### 面試題16：什麼是原子操作，Java的原子操作有哪些 - 原子操作 - 一系列的操作，要麼全部執行成功，要麼全部不執行，不會出現執行一半的情況，是不可分割的。 - 1）除long和double之外的基本型別（int, byte, boolean, short, char, float）的"賦值操作" - 2）所有"引用reference的賦值操作"，不管是 32 位的機器還是 64 位的機器 - 3）java.concurrent.Atomic.* 包中所有類的原子操作 ### 面試題17：long 和 double 的原子性你瞭解嗎 - 在32位上的JVM上，long 和 double的操作不是原子的，但是在64位的JVM上是原子的。 - 在32位機器上一次只能讀寫32位；而浮點數、long型有8位元組64位；要分高32位和低32位兩條指令分開寫入，類似組合語言浮點數乘法分高低位暫存器；64位不用分兩次讀寫了 ### 面試題18：生成物件的過程是不是原子操作 - 不是，物件生成會生成分配空間、初始化、賦值，三條指令，有可能會被重排序，導致空指標 ### 面試題19：區分JVM記憶體結構、Java記憶體模型 、Java物件模型 - Java記憶體模型，和Java的併發程式設計有關 - 詳見面試題9 - JVM記憶體結構，和Java虛擬機器的執行時區域(堆疊)有關 - 堆區、方法區(存放常量池 引用 類資訊) 棧區、本地方法棧、程式計數器 - - Java物件模型，和Java物件在虛擬機器中的表現形式有關 - 是Java物件自身的儲存模型，在方法區中Kclass類資訊(虛擬函式表)，在堆中存放new例項，線上程棧中存放引用，OOP-Klass Model ### 面試題20：什麼是重排序 - 指令實際執行順序和程式碼在java檔案中的順序不一致 - 重排序的好處：提高處理速度，包括編譯器優化、指令重排序(區域性性原理) ## 死鎖 ### 面試題1：寫一個必然死鎖的例子 - synchronized巢狀，構成請求迴圈 ### 面試題2：生產中什麼場景下會發生死鎖 - 併發中多執行緒互不相讓：當兩個（或更多）執行緒（或程序）相互持有對方所需要的資源，又不主動釋放，導致所有人都無法繼續前進，導致程式陷入無盡的阻塞，這就是死鎖。 ### 面試題3：發生死鎖必須滿足哪些條件 - 1.互斥 - 2.請求和保持 - 3.不可剝奪 - 4.儲存迴圈等待鏈 ### 面試題4：如何用工具定位死鎖 - 1.jstack命令在程式發生死鎖後，進行堆疊分析出死鎖執行緒 - 2.ThreadMXbean 程式執行中發現死鎖，一旦發現死鎖可以讓使用者去打日誌 ### 面試題5：有哪些解決死鎖問題的策略 - 1.死鎖語法，不讓死鎖發生 - 破壞死鎖的四個條件之一；如：哲學家換手、轉賬換序 - 2.死鎖避免 - 銀行家演算法、系統安全序列 - 3.死鎖檢查與恢復 - 適用資源請求分配圖，一段時間內檢查死鎖，有死鎖就恢復策略，採用恢復策略； - 恢復方法：程序終止 、資源剝奪 - 4.鴕鳥策略(忽略死鎖) - 先忽略，後期再讓人工恢復 ### 面試題6：死鎖避免策略和檢測與恢復策略的主要思路是什麼 - 死鎖語法 - 破壞死鎖的四大條件之一 - 死鎖避免 - 找到安全序列，銀行家演算法 - 死鎖檢測與恢復 - 資源請求分配圖 ### 面試題7：講一講經典的哲學家就餐問題，如何解決死鎖 - 什麼時候死鎖 - 哲學家各拿起自己左手邊的筷子，又去請求拿右手邊筷子迴圈請求時而阻塞 - 如何解決死鎖 - 1.一次兩隻筷子，形成原子性操作 - 2.只允許4個人拿有筷子 ### 面試題8：實際開發中如何避免死鎖 - 設定超時時間 - 多使用併發類而不是自己設計鎖 - 儘量降低鎖的使用粒度：用不同的鎖而不是一個鎖，鎖的範圍越小越好 - 避免鎖的巢狀：MustDeadLock類 - 分配資源前先看能不能收回來：銀行家演算法 - 儘量不要幾個功能用同一把鎖：專鎖專用 - 給你的執行緒起個有意義的名字：debug和排查時事半功倍，框架和JDK都遵守這個最佳實踐 ### 面試題9：什麼是活躍性問題？活鎖、飢餓和死鎖有什麼區別 - 活鎖 - 雖然執行緒並沒有阻塞，也始終在執行（所以叫做“活”鎖，執行緒是“活”的），但是程式卻得不到進展，因為執行緒始終互相謙讓，重複做同樣的事 - 工程中的活鎖例項：訊息佇列，訊息如果處理失敗，就放在佇列開頭重試，沒阻塞程式無法繼續 - 如何解決活鎖問題 - 加入隨機因素，乙太網的指數退避演算法 - 飢餓 - 當執行緒需要某些資源（例如CPU），但是卻始終得不到，可能原因是飢餓執行緒的優先