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Java程序员面试之Java并发基础知识

JAVA 进程并发状态线程执行程序程序员

2023-03-02 10:30:58 时间

本文主要参考Java面试进阶指南（[https://xiaozhuanlan.com/topic/6149802735][https_xiaozhuanlan.com_topic_6149802735]）和Java程序员面试笔试宝典。

不足之处，欢迎大家批评指正！

本文主要内容：

*  什么是线程和进程？二者有何区别，为何要使用多线程？
 *  并发和并行的区别？
 *  多线程可能带来的问题？
 *  多线程的生命周期和状态？
 *  什么是上下文切换
 *  什么是线程死锁？如何避免死锁
 *  sleep()和wait()方法的区别和共同点
 *  start()和run()方法的区别

### 一、什么是线程和进程？ ###

1.进程：进程是一段正在执行的程序，是系统运行程序的基本单位，进程是动态的。在操作系统上，程序的执行都是以进程为单位的，而每个进程中通常都会有多个线程互不影响地并发执行。

2.线程：线程是程序在执行过程中，能够执行程序代码的一个执行单元。线程有时被称为轻量级进程，是程序执行的最小单元。一个进程可以拥有多个线程，各个线程共享进程的堆和方法区资源，但每个线程有自己的程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈。

下面代码展示一般java程序有哪些线程

public class TestThread {
    	public static void main(String[] args) {
    		//获取Java线程管理MXBean
    		ThreadMXBean threadMXThread = ManagementFactory.getThreadMXBean();
    		//获取线程和线程的堆栈信息，不需要获取同步monitor和synchronizer信息
    		ThreadInfo[] threadInfos = threadMXThread.dumpAllThreads(false, false);
    		//打印线程信息
    		for(ThreadInfo threadInfo : threadInfos) {
    			System.out.println(threadInfo.getThreadId() + ":" +             
                   threadInfo.getThreadName());
    		}
    	}
    }

输出如下：可以看出，一个java程序的运行是main线程和多个线程同时运行

5:Attach Listener
    4:Signal Dispatcher
    3:Finalizer
    2:Reference Handler
    1:main

3.为何使用多线程

使用多线程可以减少程序的响应时间，提高系统整体的并发能力以及性能，

与进程相比，线程的创建和切换开销更小，

多线程可充分利用计算多核的资源，提高CPU利用率，

多线程可简化程序的结构，使程序便于理解和维护。

### 二、并发与并行 ###

1.并发：同一时间段，多个任务都在执行（单位时间内不一定同时执行）。

2.并行：单位时间内，多个任务同时执行

### 三、使用多线程可能出现的问题 ###

并发编程的目的就是为了能提高程序的执行效率提高程序运行速度，但是并发编程并不总是能提高程序运行速度的，而且并发编程可能会遇到很多问题，比如：内存泄漏、上下文切换、死锁还有受限于硬件和软件的资源闲置问题。

### 四、线程的生命周期和状态 ###

1.Java线程的状态

![aHR0cHM6Ly9pbWFnZXMueGlhb3podWFubGFuLmNvbS9waG90by8yMDE5LzQ3YWU5N2EzMjEzMjFkY2RlMWZjMjNhN2VkOWE1OWRmLnBuZw][]

2.线程生命周期

![aHR0cHM6Ly9pbWFnZXMueGlhb3podWFubGFuLmNvbS9waG90by8yMDE5L2YyNGIwMzQyMjViYzQ2NWNiM2M3MjdiOTQ1NWEzNzc3LnBuZw][]

线程创建之后它将处于NEW 状态，调用start()方法后开始运行，这是处于READY(可运行状态),可运行状态的线程获得CPU时间片后就处于RUNNING（运行）状态。操作系统隐藏JVM中的RUNNING和RUNNABLE状态，只能看到RUNNABLE状态，所以将这两个统称为RUNNABLE状态。

### 五、上下文切换 ###

多线程编程中一般线程的个数大于CPU的个数，而CPU核心在任意时刻只能被一个线程使用，CPU采取的策略是为每个线程分配时间片并轮转进行。当一个线程的时间片用完的时候就重新处于就绪状态让给其他线程使用，这个过程就属于一次上下文切换。

当前任务在执行完CPU时间片切换到下一个任务之前会保存自己的状态，以便下次再切换回这个任务时再加载这个任务的状态。任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换。

上下文切换对系统来说意味着消耗大量的CPU时间，Linux相比其它操作系统，上下文切换的时间消耗非常少。

### 六、线程死锁 ###

1.线程死锁

不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了死锁。

public class DeadLockDemo {
        private static Object resource1 = new Object();//资源 1
        private static Object resource2 = new Object();//资源 2
    
        public static void main(String[] args) {
            new Thread(() -> {
                synchronized (resource1) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
                    synchronized (resource2) {
                        System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                    }
                }
            }, "线程 1").start();
    
            new Thread(() -> {
                synchronized (resource2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource1");
                    synchronized (resource1) {
                        System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                    }
                }
            }, "线程 2").start();
        }
    }

2.避免死锁

按序申请资源，反序释放资源。

### 七、sleep()和wait()方法区别和共同点 ###

最主要的区别是：sleep()方法没有释放锁，wait()方法释放了锁。

二者可以暂停线程的执行。

1.原理不同：sleep()方法是Thread类的静态方法，是线程用来控制自身流程的，会使此线程暂停执行一段时间把执行机会让出去，时间到后自动苏醒。

wait()方法是Object()类的方法，用于线程间的通信，需要别的线程调用同一对象上的notify()或者notifyall()方法。也可设置等待时间

2.对锁的处理机制不同：sleep()方法没有释放锁，wait()方法释放了锁。

3.释放区域不同：wait()方法必须放在同步方法或者同步语句块中。

### 八、run()方法和start()方法异同？ ###

系统通过调用线程类的start()方法启动一个线程，使线程处于就绪状态，JVM通过调用的线程的run()方法完成实际操作，达到真正的多线程目的。

直接调用线程类的run()方法，这会被当做main线程下的一个普通方法去调用，无法达到多线程的目的。

[https_xiaozhuanlan.com_topic_6149802735]: https://xiaozhuanlan.com/topic/6149802735
[aHR0cHM6Ly9pbWFnZXMueGlhb3podWFubGFuLmNvbS9waG90by8yMDE5LzQ3YWU5N2EzMjEzMjFkY2RlMWZjMjNhN2VkOWE1OWRmLnBuZw]: /images/20211116/d5587a5c5c1446ecae586c928e6f10c6.png
[aHR0cHM6Ly9pbWFnZXMueGlhb3podWFubGFuLmNvbS9waG90by8yMDE5L2YyNGIwMzQyMjViYzQ2NWNiM2M3MjdiOTQ1NWEzNzc3LnBuZw]: /images/20211116/3006ac8a0f0b441e96e9df5d45c0159a.png

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