Java笔试面试-线程与死锁

怼烎@ 2021-09-23 08:02 296阅读 0赞

## 线程 ##

线程（Thread）是程序运行的执行单元，依托于进程存在。一个进程中可以包含多个线程，多线程可以共享一块内存空间和一组系统资源，因此线程之间的切换更加节省资源、更加轻量化，因而也被称为轻量级的进程。

## 进程 ##

进程（Processes）是程序的一次动态执行，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统运行的基础，通常每一个进程都拥有自己独立的内存空间和系统资源。简单来说，进程可以被当做是一个正在运行的程序。

**为什么需要线程**  
  程序的运行必须依靠进程，进程的实际执行单元就是线程。

**为什么需要多线程**  
  多线程可以提高程序的执行性能。例如，有个 90 平方的房子，一个人打扫需要花费 30 分钟，三个人打扫就只需要 10 分钟，这三个人就是程序中的“多线程”。

**线程使用**  
  线程的创建，分为以下三种方式：

*  继承 Thread 类，重写 run 方法
 *  实现 Runnable 接口，实现 run 方法
 *  实现 Callable 接口，实现 call 方法

**1.继承 Thread 类**

class ThreadTest { 
        public static void main(String[] args) throws Exception { 
            MyThread thread = new MyThread();
            thread.start();
        }
    }
    class MyThread extends Thread { 
        @Override
        public void run() { 
            System.out.println("Thread");
        }
    }

以上程序执行结果如下：

Thread

**2.实现 Runnable 接口**

class ThreadTest { 
        public static void main(String[] args) throws Exception { 
            MyRunnable runnable = new MyRunnable();
            runnable.run();
        }
    }
    class MyRunnable implements Runnable { 
        @Override
        public void run() { 
            System.out.println("Runnable");
        }
    }

以上程序执行结果如下：

Runnable

**3.实现 Callable 接口**

class ThreadTest { 
        public static void main(String[] args) throws Exception { 
            MyCallable callable  = new MyCallable();
            Object result = callable.call();
            System.out.println(result);
        }
    }
    class MyCallable implements Callable { 
        @Override
        public Object call() throws Exception { 
            System.out.println("Callable");
            return "Success";
        }
    }

以上程序执行结果如下：

Callable
    
    Success

**4.JDK 8 创建线程**

JDK 8 之后可以使用 Lambda 表达式很方便地创建线程，请参考以下代码：

new Thread(() -> System.out.println("Lambda Of Thread.")).start();

## 线程高级用法 ##

**线程等待**

使用 wait() 方法实现线程等待，代码如下：

System.out.println(LocalDateTime.now());
    Object lock = new Object();
    Thread thread = new Thread(() -> { 
        synchronized (lock){ 
            try { 
                // 1 秒钟之后自动唤醒
                lock.wait(1000);
                System.out.println(LocalDateTime.now());
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    });
    thread.start();

以上程序执行结果如下：

2019-06-22T20:53:08.776
    
    2019-06-22T20:53:09.788

注意：**当使用 wait() 方法时，必须先持有当前对象的锁，否则会抛出异常** `java.lang.IllegalMonitorStateException`。

**线程唤醒**

使用 notify()/notifyAll() 方法唤醒线程。notify() 方法随机唤醒对象的等待池中的一个线程；notifyAll() 唤醒对象的等待池中的所有线程。

Object lock = new Object();
    lock.wait();
    lock.notify();
    // lock.notifyAll();

**线程休眠**

// 休眠 1 秒
    Thread.sleep(1000);

**等待线程执行完成**

Thread joinThread = new Thread(() -> { 
        try { 
            System.out.println("执行前");
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("执行后");
        } catch (InterruptedException e) { 
            e.printStackTrace();
        }
    });
    joinThread.start();
    joinThread.join();
    System.out.println("主程序");

以上程序执行结果：

执行前
    
    执行后
    
    主程序

**yield 交出 CPU 执行权**

new Thread(){ 
        @Override
        public void run() { 
            for (int i = 1; i < 10; i++) { 
                if (i == 5) { 
                    // 让同优先级的线程有执行的机会
                    this.yield();
                }
            }
        }
    }.start();

注意：**yield 方法是让同优先级的线程有执行的机会，但不能保证自己会从正在运行的状态迅速转换到可运行的状态。**

**线程中断**  
  使用 System.exit(0) 可以让整个程序退出；要中断单个线程，可配合 interrupt() 对线程进行“中断”。

Thread interruptThread = new Thread() { 
        @Override
        public void run() { 
            for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) { 
                System.out.println("i：" + i);
                if (this.isInterrupted()) { 
                    break;
                }
            }
        }
    };
    interruptThread.start();
    Thread.sleep(10);
    interruptThread.interrupt();

**线程优先级**  
  在 Java 语言中，每一个线程有一个优先级，默认情况下，一个线程继承它父类的优先级。可以使用 setPriority 方法设置（1-10）优先级，默认的优先级是 5，数字越大表示优先级越高，优先级越高的线程可能优先被执行的概率就越大。

设置优先级的代码如下：

Thread thread = new Thread(() -> System.out.println("Java"));
    thread.setPriority(10);
    thread.start();

## 死锁 ##

死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。比如，当线程 A 持有独占锁 a，并尝试去获取独占锁 b 的同时，线程 B 持有独占锁 b，并尝试获取独占锁 a 的情况下，就会发生 A B 两个线程由于互相持有对方需要的锁，而发生的阻塞现象，我们称为死锁。

死锁示意图如下所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h1YW5nbGVpMzA1_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
死锁代码：

Object obj1 = new Object();
    Object obj2 = new Object();
    // 线程1拥有对象1，想要等待获取对象2
    new Thread() { 
        @Override
        public void run() { 
            synchronized (obj1) { 
                try { 
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (obj2) { 
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                }
            }
        }
    }.start();
    // 线程2拥有对象2，想要等待获取对象1
    new Thread() { 
        @Override
        public void run() { 
            synchronized (obj2) { 
                try { 
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (obj1) { 
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                }
            }
        }
    }.start();

## 笔试面试题 ##

**1.线程和进程有什么区别和联系？**

答：从本质上来说，线程是进程的实际执行单元，一个程序至少有一个进程，一个进程至少有一个线程，它们的区别主要体现在以下几个方面：

*  进程间是独立的，不能共享内存空间和上下文，而线程可以；
 *  进程是程序的一次执行，线程是进程中执行的一段程序片段；
 *  线程占用的资源比进程少。

**2.如何保证一个线程执行完再执行第二个线程？**

答：使用 join() 方法，等待上一个线程的执行完之后，再执行当前线程。

示例代码：

**3.线程有哪些常用的方法？**

答：线程的常用方法如下：

*  currentThread()：返回当前正在执行的线程引用
 *  getName()：返回此线程的名称
 *  setPriority()/getPriority()：设置和返回此线程的优先级
 *  isAlive()：检测此线程是否处于活动状态，活动状态指的是程序处于正在运行或准备运行的状态
 *  sleep()：使线程休眠
 *  join()：等待线程执行完成
 *  yield()：让同优先级的线程有执行的机会，但不能保证自己会从正在运行的状态迅速转换到可运行的状态
 *  interrupted()：是线程处于中断的状态，但不能真正中断线程

**4.wait() 和 sleep() 有什么区别？**

答：wait() 和 sleep() 的区别主要体现在以下三个方面。

*  存在类的不同：sleep() 来自 Thread，wait() 来自 Object。
 *  释放锁：sleep() 不释放锁；wait() 释放锁。
 *  用法不同：sleep() 时间到会自动恢复；wait() 可以使用 notify()/notifyAll() 直接唤醒。

**5.守护线程是什么？**

答：守护线程是一种比较低级别的线程，一般用于为其他类别线程提供服务，因此当其他线程都退出时，它也就没有存在的必要了。例如，JVM（Java 虚拟机）中的垃圾回收线程。

**6.线程有哪些状态？**

答：在 JDK 8 中，线程的状态有以下六种。

*  NEW：尚未启动
 *  RUNNABLE：正在执行中
 *  BLOCKED：阻塞（被同步锁或者 IO 锁阻塞）
 *  WAITING：永久等待状态
 *  TIMED\_WAITING：等待指定的时间重新被唤醒的状态
 *  TERMINATED：执行完成

**7.线程中的 start() 和 run() 有那些区别？**

答：start() 方法用于启动线程，run() 方法用于执行线程的运行时代码。run() 可以重复调用，而 start() 只能调用一次。

**8.产生死锁需要具备哪些条件？**

答：产生死锁的四个必要条件如下。

*  互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用
 *  请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
 *  不剥夺条件：进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。
 *  循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

这四个条件是死锁的**必要条件**，只要系统发生死锁，这些条件必然成立，而**只要上述条件之一不满足，就不会发生死锁**。

**9.如何预防死锁？**

答：预防死锁的方法如下：

*  尽量使用 tryLock(long timeout, TimeUnit unit) 的方法 (ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock)，设置超时时间，超时可以退出防止死锁。
 *  尽量使用 Java. util. concurrent 并发类代替自己手写锁。
 *  尽量降低锁的使用粒度，尽量不要几个功能用同一把锁。
 *  尽量减少同步的代码块。

**10.thread.wait() 和 thread.wait(0) 有什么区别？代表什么含义？**

答：thread.wait() 和 thread.wait(0) 是相同的，使用 thread.wait() 内部其实是调用的 thread.wait(0)，源码如下：

public final void wait() throws InterruptedException { 
        wait(0);
    }

wait() 表示进入等待状态，释放当前的锁让出 CPU 资源，并且只能等程序执行 notify()/notifyAll() 方法才会被重写唤醒。

**11.如何让两个程序依次输出 11/22/33 等数字，请写出实现代码？**

答：使用思路是在每个线程输出信息之后，让当前线程等待一会再执行下一次操作，具体实现代码如下：

new Thread(() -> { 
        for (int i = 1; i < 4; i++) { 
            System.out.println("线程一：" + i);
            try { 
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }).start();
    new Thread(() -> { 
        for (int i = 1; i < 4; i++) { 
            System.out.println("线程二：" + i);
            try { 
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }).start();

程序执行结果如下：

线程一：1
    
    线程二：1
    
    线程二：2
    
    线程一：2
    
    线程二：3
    
    线程一：3

**12.说一下线程的调度策略？**

答：线程调度器选择优先级最高的线程运行，但是如果发生以下情况，就会终止线程的运行：

*  线程体中调用了 yield() 方法，让出了对 CPU 的占用权；
 *  线程体中调用了 sleep() 方法，使线程进入睡眠状态；
 *  线程由于 I/O 操作而受阻塞；
 *  另一个更高优先级的线程出现；
 *  在支持时间片的系统中，该线程的时间片用完。

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