03 - Java 多线程

<h3>1. 并行和并发有什么区别？</h3> <ul> <li><strong>并发 (Concurrency)</strong>：指多个任务在<strong>同一个 CPU 核</strong>上，按时间片轮转交替执行，宏观上看起来是同时执行，微观上是串行。</li> <li><strong>并行 (Parallelism)</strong>：指多个任务在<strong>不同的 CPU 核</strong>上同时执行，是真正的物理上的同时。</li> </ul> <h3>2. 线程和进程的区别？</h3> <ul> <li><strong>进程</strong>：是操作系统资源分配的基本单位。每个进程拥有独立的内存空间。</li> <li><strong>线程</strong>：是 CPU 调度的基本单位。线程依附于进程，共享进程的内存（堆、方法区），但拥有独立的栈和程序计数器。</li> <li><strong>开销</strong>：进程切换开销大，线程切换开销小。</li> </ul> <h3>3. 守护线程是什么？</h3> <p>守护线程（Daemon Thread）是为其他线程服务的线程，比如垃圾回收线程（GC）。</p> <ul> <li>当 JVM 中所有的非守护线程（用户线程）结束时，JVM 会退出，不管守护线程是否还在运行。</li> <li>可以通过 <code>thread.setDaemon(true)</code> 设置。</li> </ul> <h3>4. 创建线程有哪几种方式？</h3> <ol> <li>继承 <strong>Thread</strong> 类，重写 <code>run()</code> 方法。</li> <li>实现 <strong>Runnable</strong> 接口，重写 <code>run()</code> 方法。</li> <li>实现 <strong>Callable</strong> 接口，重写 <code>call()</code> 方法（有返回值，可抛异常）。</li> <li>使用 <strong>线程池</strong>（ExecutorService）。</li> </ol> <h3>5. 说一下 runnable 和 callable 有什么区别？</h3> <ul> <li><strong>返回值</strong>：Runnable 的 <code>run()</code> 没有返回值；Callable 的 <code>call()</code> 有返回值（Future）。</li> <li><strong>异常</strong>：Runnable 不能抛出 Checked Exception；Callable 可以抛出异常。</li> <li><strong>使用</strong>：Callable 需要配合 FutureTask 或线程池使用。</li> </ul> <h3>6. 线程有哪些状态？</h3> <p>Java 线程有 6 种状态（Thread.State）：</p> <ol> <li><strong>NEW</strong>：新建，未启动。</li> <li><strong>RUNNABLE</strong>：运行中（包括 Ready 和 Running）。</li> <li><strong>BLOCKED</strong>：阻塞，等待锁。</li> <li><strong>WAITING</strong>：无限期等待（wait, join, park）。</li> <li><strong>TIMED_WAITING</strong>：限时等待（sleep, wait(time)）。</li> <li><strong>TERMINATED</strong>：终止，执行结束。</li> </ol> <h3>7. sleep() 和 wait() 有什么区别？</h3> <ul> <li><strong>类</strong>：sleep 是 Thread 类的静态方法；wait 是 Object 类的方法。</li> <li><strong>锁</strong>：sleep <strong>不会释放锁</strong>；wait <strong>会释放锁</strong>。</li> <li><strong>唤醒</strong>：sleep 时间到自动唤醒；wait 需要 notify/notifyAll 唤醒（如果不设置超时）。</li> <li><strong>使用</strong>：sleep 可以在任何地方使用；wait 必须在 synchronized 块中使用。</li> </ul> <h3>8. notify()和 notifyAll()有什么区别？</h3> <ul> <li><strong>notify()</strong>：随机唤醒一个等待该对象锁的线程。</li> <li><strong>notifyAll()</strong>：唤醒所有等待该对象锁的线程，让它们去竞争锁。</li> </ul> <h3>9. 线程的 run()和 start()有什么区别？</h3> <ul> <li><strong>start()</strong>：启动线程，JVM 会调用该线程的 run() 方法。是真正的多线程。</li> <li><strong>run()</strong>：只是一个普通的方法调用，如果在主线程调用 run()，依然是在主线程执行，没有开启新线程。</li> </ul> <h3>10. 创建线程池有哪几种方式？</h3> <p>通过 <code>Executors</code> 工具类创建：</p> <ol> <li><code>newFixedThreadPool</code>：固定大小线程池。</li> <li><code>newCachedThreadPool</code>：可缓存线程池（无限大）。</li> <li><code>newSingleThreadExecutor</code>：单线程池。</li> <li><code>newScheduledThreadPool</code>：定时任务线程池。</li> </ol> <p><em>推荐使用 <code>ThreadPoolExecutor</code> 构造函数手动创建，以明确参数避免 OOM。</em></p> <h3>11. 线程池都有哪些状态？</h3> <ul> <li><strong>RUNNING</strong>：接收新任务，处理队列任务。</li> <li><strong>SHUTDOWN</strong>：不接收新任务，但处理队列任务。</li> <li><strong>STOP</strong>：不接收新任务，不处理队列任务，中断正在执行的任务。</li> <li><strong>TIDYING</strong>：所有任务终止，workerCount 为 0。</li> <li><strong>TERMINATED</strong>：terminated() 方法执行完。</li> </ul> <h3>12. 线程池中 submit()和 execute()方法有什么区别？</h3> <ul> <li><strong>execute()</strong>：提交 Runnable 任务，<strong>没有返回值</strong>。</li> <li><strong>submit()</strong>：提交 Runnable 或 Callable 任务，<strong>返回 Future 对象</strong>，可以获取结果或捕获异常。</li> </ul> <h3>13. 在 java 程序中怎么保证多线程的运行安全？</h3> <ol> <li><strong>原子性</strong>：Atomic 包、synchronized、Lock。</li> <li><strong>可见性</strong>：volatile、synchronized、Lock。</li> <li><strong>有序性</strong>：volatile、synchronized、Lock。</li> <li>使用线程安全的集合（ConcurrentHashMap 等）。</li> <li>使用 ThreadLocal 避免共享。</li> </ol> <h3>14. 多线程锁的升级原理是什么？</h3> <p>synchronized 锁升级过程：</p> <p><strong>无锁 -&gt; 偏向锁 -&gt; 轻量级锁 -&gt; 重量级锁</strong></p> <ul> <li><strong>偏向锁</strong>：只有一个线程访问锁，不需要同步。</li> <li><strong>轻量级锁</strong>：当有第二个线程竞争时，升级为轻量级锁（自旋锁），通过 CAS 尝试获取锁。</li> <li><strong>重量级锁</strong>：当自旋失败或竞争激烈时，升级为重量级锁，阻塞线程，进入内核态。</li> </ul> <h3>15. 什么是死锁？</h3> <p>两个或多个线程互相持有对方需要的资源，且都不释放，导致永久等待。</p> <p>条件：互斥、请求与保持、不剥夺、循环等待。</p> <h3>16. 怎么防止死锁？</h3> <ul> <li>破坏循环等待条件：按顺序获取锁。</li> <li>设置超时时间：Lock.tryLock(time)。</li> <li>避免嵌套锁。</li> </ul> <h3>17. ThreadLocal 是什么？有哪些使用场景？</h3> <p>ThreadLocal 提供<strong>线程局部变量</strong>。每个线程都有自己独立的变量副本，互不干扰。</p> <ul> <li><strong>原理</strong>：每个 Thread 内部维护一个 ThreadLocalMap，Key 是 ThreadLocal 对象，Value 是变量值。</li> <li><strong>场景</strong>：数据库连接管理、Session 管理、SimpleDateFormat（非线程安全）的独享。</li> <li><strong>注意</strong>：使用完需调用 <code>remove()</code> 防止内存泄漏（Key 是弱引用，Value 是强引用）。</li> </ul> <h3>18. 说一下 synchronized 底层实现原理？</h3> <ul> <li><strong>代码块</strong>：使用 <code>monitorenter</code> 和 <code>monitorexit</code> 指令。</li> <li><strong>方法</strong>：使用 <code>ACC_SYNCHRONIZED</code> 标志。</li> <li>本质是基于对象头中的 Monitor 对象（监视器锁），依赖操作系统的 Mutex Lock。</li> </ul> <h3>19. synchronized 和 volatile 的区别是什么？</h3> <ul> <li><strong>volatile</strong>：保证可见性、有序性，<strong>不保证原子性</strong>。轻量级。</li> <li><strong>synchronized</strong>：保证可见性、有序性、<strong>原子性</strong>。重量级（但在 JDK 1.6 后优化）。</li> </ul> <h3>20. synchronized 和 Lock 有什么区别？</h3> <ul> <li><strong>层面</strong>：synchronized 是 JVM 层面（关键字）；Lock 是 API 层面（接口）。</li> <li><strong>释放</strong>：synchronized 自动释放锁；Lock 必须手动释放（finally 中 unlock）。</li> <li><strong>灵活性</strong>：Lock 支持尝试获取锁（tryLock）、中断等待、公平锁等；synchronized 不支持。</li> </ul> <h3>21. synchronized 和 ReentrantLock 区别是什么？</h3> <ul> <li>ReentrantLock 是 Lock 的实现类。</li> <li>ReentrantLock 增加了：</li> </ul> <ol> <li><strong>等待可中断</strong>。</li> <li><strong>可实现公平锁</strong>。</li> <li><strong>可绑定多个 Condition</strong>（实现分组唤醒）。</li> </ol> <h3>22. 说一下 atomic 的原理？</h3> <p>Atomic 包（如 AtomicInteger）利用 <strong>CAS (Compare And Swap)</strong> 乐观锁机制。</p> <ul> <li>CAS 包含三个操作数：内存值 V、预期原值 A、新值 B。</li> <li>只有当 V == A 时，才将 V 更新为 B，否则重试。</li> <li>底层依赖 Unsafe 类的 native 方法（CPU 指令 cmpxchg）。</li> </ul>