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Java并发知识云集访问地址备注Java并发知识点(1)https://blog.csdn.net/m0_50308467/article/details/135216289Java并发专栏Java并发知识点(2)https://blog.csdn.net/m0_50308467/article/details/135260439Java并发专栏Java并发知识点(3)https://blog.csdn.net/m0_50308467/article/details/135301948Java并发专栏 文章目录 初识Java并发编程 Java 并发编程面试题(1) 01、线程与进程的区别 02、在java中守护线程和本地线程区别 03、什么是多线程中的上下文切换 04、什么是线程组为什么在Java中不推荐使用 05、死锁与活锁的区别死锁与饥饿的区别 06、Java中用到的线程调度算法是什么 07、为什么使用Executor框架 08、在Java中Executor和Executors的区别 09、如何在Windows和Linux上查找哪个线程使用的CPU时间最长 10、什么是原子操作在JavaConcurrencyAPI中有哪些原子类(atomicclasses) 11、JavaConcurrencyAPI中的Lock接口(Lockinterface)是什么对比同步它有什么优势 12、什么是Executors框架 13、什么是阻塞队列阻塞队列的实现原理是什么如何使用阻塞队列来实现生产者-消费者模型 14、什么是Callable和Future? 15、什么是FutureTask? 使用ExecutorService启动任务 16、什么是并发容器的实现 17、什么是竞争条件你怎样发现和解决竞争 18、你将如何使用threaddump你将如何分析Threaddump 19、为什么我们调用start()方法时会执行run()方法为什么我们不能直接调用run()方法 20、多线程同步和互斥有几种实现方法都是什么 初识Java并发编程 Java 并发编程面试题(1) 01、线程与进程的区别
线程与进程的区别在于它们所表示的执行单元和共享资源的范围不同。 进程 是操作系统进行资源分配和调度的基本单位具有独立的内存空间和系统资源包括独立的地址空间、独立的文件描述符、独立的堆栈等。每个进程都拥有独立的内存空间因此进程间的通信需要额外的机制来实现比如管道、消息队列、共享内存等。 线程 是操作系统调度的基本单位是进程中的执行单元。一个进程中的多个线程共享相同的地址空间和系统资源包括共享的地址空间、共享的文件描述符、共享的堆栈等。线程之间可以通过共享内存等机制来进行通信因此线程间的通信相对于进程间的通信更加高效。
因此重点区别在于进程拥有独立的资源和地址空间而线程则共享所属进程的资源和地址空间。这也意味着创建和上下文切换一个线程比创建和上下文切换一个进程要快得多同时线程间的通信和数据共享更为简便。
下面是一个表格说明了线程与进程的区别。
区别进程线程资源拥有独立的资源包括内存、文件描述符等共享所属进程的资源地址空间拥有独立的地址空间共享所属进程的地址空间创建创建进程较慢创建线程较快上下文切换上下文切换代价较高耗费时间和开销较大上下文切换代价较低效率较高通信进程间通信需要额外的机制如管道、消息队列、共享内存等线程间通信更加直接简便可以直接读写共享变量执行单元拥有独立的执行单元可以独立执行任务作为进程的执行单元共享同一个进程的资源
总结来说进程和线程的主要区别在于资源、地址空间、创建、上下文切换、通信和执行单元等方面。进程拥有独立的资源和地址空间创建和上下文切换较慢通信需要额外的机制可以独立执行任务而线程共享所属进程的资源和地址空间创建和上下文切换较快通信更加直接简便作为进程的执行单元而存在。 02、在java中守护线程和本地线程区别
在 Java 中守护线程Daemon Thread和本地线程Native Thread是两个不同的概念它们的区别如下 守护线程Daemon Thread 守护线程是一种特殊的线程它的作用是为其他线程提供便利服务。当所有的非守护线程都执行完毕时无论守护线程是否执行完毕JVM 都会自动退出。因此守护线程的生命周期取决于是否还有非守护线程在运行。在 Java 中可以通过 setDaemon(true) 方法将线程设置为守护线程。通常守护线程用于执行一些后台任务比如垃圾回收器、JVM 的内部维护线程等。 本地线程Native Thread 本地线程是指由操作系统直接管理和调度的线程。在 Java 中线程一般是由 JVM 进行管理和调度的称为虚拟机线程Virtual Thread。而本地线程则是由操作系统管理的称为本地线程。从 Java 1.2 开始Java 的线程模型已经与操作系统的本地线程模型融合了但是在 Java 中我们通常不会直接操作本地线程因为 Java 提供了高度抽象的线程模型来隐藏底层的实现细节。
因此守护线程和本地线程是两个不同的概念守护线程是一种特殊用途的线程用于为其他线程提供便利服务而本地线程则是由操作系统直接管理和调度的线程与 Java 的线程模型有所区别。
下面是一个表格说明了守护线程和本地线程的区别
区别守护线程本地线程作用为其他线程提供便利服务由操作系统直接管理和调度生命周期取决于是否还有非守护线程在运行当所有非守护线程执行完毕时无论守护线程是否执行完毕JVM 都会自动退出由操作系统管理与 Java 的线程模型有所区别设置方法通过 setDaemon(true) 方法将线程设置为守护线程N/A示例后台运行的垃圾回收器、JVM 的内部维护线程等由操作系统管理的底层线程Java 通常不直接操作本地线程接口实现了 Thread 类的子类或者 Runnable 接口的线程都可以设置为守护线程N/A
总结来说守护线程和本地线程的区别主要在于作用、生命周期、设置方法、示例和接口等方面。守护线程为其他线程提供便利服务其生命周期取决于是否还有非守护线程在运行本地线程由操作系统直接管理和调度与 Java 的线程模型有所区别通常不直接操作本地线程。守护线程可以通过 setDaemon(true) 方法进行设置而本地线程不需要特殊的设置方法。在实际应用中守护线程常用于执行后台任务如垃圾回收器、JVM 的内部维护线程等而本地线程是由操作系统管理的底层线程Java 通常不直接操作本地线程。
当涉及到守护线程和本地线程时需要说明的是Java 中并没有提供直接操作本地线程的接口因此无法直接演示本地线程的例子。本地线程是由操作系统直接管理和调度的而 Java 的线程模型通常隐藏了底层的实现细节因此直接操作本地线程对于普通的 Java 应用来说通常是不必要的。
关于守护线程我们可以举一个简单的例子来说明守护线程的特点
public class DaemonThreadExample {public static void main(String[] args) {Thread daemonThread new Thread(() - {while (true) {System.out.println(Daemon thread is running);try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});daemonThread.setDaemon(true); // 设置为守护线程daemonThread.start(); // 启动线程// 主线程休眠一段时间try {Thread.sleep(5000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Main thread finished);}
}在上面的例子中我们创建了一个守护线程该守护线程会不断地输出信息。在主线程中我们让主线程休眠5秒钟然后输出Main thread finished。运行这段代码后你会发现当主线程结束时即使守护线程还未执行完毕JVM 也会自动退出程序。
这个例子展示了守护线程的特点它的生命周期取决于是否还有非守护线程在运行当所有非守护线程执行完毕时无论守护线程是否执行完毕JVM 都会自动退出。 03、什么是多线程中的上下文切换
在多线程编程中上下文切换是指操作系统在执行多个线程时需要进行线程之间的切换。当一个线程需要让出 CPU 控制权让其他线程执行时操作系统会保存当前线程的上下文信息如寄存器状态、程序计数器等将控制权切换给下一个要执行的线程并加载其上下文信息使其能够继续执行。
上下文切换是通过操作系统内核实现的具体实现方式因操作系统而异。
当线程被切换时操作系统需要保存和恢复线程的状态信息这会引入一定的开销包括保存和恢复寄存器、更新线程的上下文、清空和重填 CPU 缓存等。上下文切换频繁发生时会导致系统性能下降。
上下文切换的发生情况主要有以下几个方面
时间片耗尽 操作系统采用时间片轮转调度算法时每个线程被分配一定的时间片在耗尽时间片后发生上下文切换。阻塞和唤醒 线程由于等待某些事件的发生而被阻塞当事件发生时线程被唤醒并发生上下文切换。优先级调度 高优先级的线程抢占了 CPU 控制权导致低优先级线程发生上下文切换。多核处理器间的调度 如果系统中有多个物理处理器核心操作系统可能会将线程分配给不同的核心执行这也会引发上下文切换。
上下文切换是多线程并发执行中不可避免的一部分合理使用线程和调度算法可以降低上下文切换的开销提高系统的性能。 04、什么是线程组为什么在Java中不推荐使用
线程组ThreadGroup是 Java 中的一个概念用于将多个线程组织到一个单元中。线程组可以包含其他线程组因此可以构成一个树状的层次结构。线程组可以方便地对一组线程进行集中管理例如统一进行异常处理、统一设置线程优先级等。
然而在 Java 中线程组并不被推荐使用主要有以下几个原因 灵活性受限 线程组的设计并未提供足够的灵活性它并不能完全满足各种复杂的线程管理需求。在大多数情况下使用更加灵活的 Executor 框架或者线程池能够更好地满足实际需求。 安全性问题 线程组提供了stop()和suspend()等方法这些方法在使用不当时可能导致死锁、状态不一致等严重问题因此容易出现安全性问题。 可移植性 线程组的功能并不稳定且不同的 Java 虚拟机实现可能对线程组的支持不同这使得线程组在不同的环境下表现不一致降低了代码的可移植性。 已被废弃 在 Java 9 中已经把ThreadGroup的一些方法标记为deprecated这表明 Java 官方已经不推荐继续使用线程组来进行线程管理。
因此虽然线程组在概念上提供了一种组织线程的方式但由于上述种种原因Java 中并不推荐使用线程组。相反更好的替代方案是使用 Executor 框架提供的线程池它提供了更加灵活和安全的线程管理机制。 05、死锁与活锁的区别死锁与饥饿的区别
死锁和活锁是多线程编程中的两种常见问题它们都可能导致线程无法继续执行。下面是它们的区别
死锁Deadlock
死锁是指两个或多个线程在互相等待对方释放资源但是又不主动释放自己所持有的资源导致彼此陷入无限等待的状态。死锁的场景通常涉及多个线程和多个共享资源发生死锁时这些线程都无法继续执行无法进行进一步的进展。死锁是一种严重的问题需要通过合理的资源分配和避免循环等待等策略进行预防和解决。
活锁Livelock
活锁是指线程虽然不被阻塞但是它们却无法继续执行因为它们一直在响应其他线程的动作而无法顺利完成自己的工作。活锁通常发生在多个线程试图解决同一问题时它们的行为会反复地受到对方的影响导致彼此都无法顺利地完成任务。活锁是一种非常棘手的问题因为线程并没有被真正地阻塞常规的锁机制无法解决活锁问题需要使用其他策略来解决如引入随机性使得线程有机会继续执行。
死锁和饥饿的区别
死锁Deadlock
死锁是指多个线程因为相互等待对方持有的资源而无法继续执行彼此陷入无限等待的状态。死锁通常发生在资源的互斥使用、持有和等待等条件同时满足时。死锁是多线程编程中的一种问题需要采取预防和解决措施。
饥饿Starvation
饥饿是指线程因为长时间得不到所需的资源或得不到执行的机会而无法继续执行导致无法完成任务或响应其他线程的请求。饥饿通常是由不公平的资源分配或线程优先级设置不当等原因引起的。饥饿是一种相对于死锁更宽泛的概念它描述了线程无法获得所需资源或执行机会的情况但并不一定导致线程无法执行。
总结 死锁和活锁都可能导致线程无法继续执行但死锁是多个线程之间互相等待对方释放资源而活锁是线程由于相互影响而无法顺利执行。饥饿是指线程无法获得所需资源或执行机会的情况不一定会导致线程无法执行。
下面是表格说明死锁和活锁的区别
区别死锁活锁定义两个或多个线程相互等待对方释放资源线程无法顺利执行因为相互影响无法达成进展状态线程处于无限等待状态线程没有被阻塞但无法顺利执行原因循环等待资源线程反复响应其他线程的动作问题严重程度导致线程无法继续执行需要手动解除死锁导致线程无法顺利执行任务需要特殊策略解决解决方法通过资源分配和避免循环等待等策略进行预防和解决引入随机性、优先级设置等策略使线程有机会继续执行任务特点资源被占用且无法释放线程持续地相互影响无法进展
区别死锁饥饿定义两个或多个线程相互等待对方释放资源线程长时间得不到所需的资源或执行机会原因循环等待资源资源分配不公平或线程优先级设置不当影响彼此无法继续执行造成系统假死线程无法完成任务或响应其他线程的请求解决方法通过资源分配和避免循环等待等策略进行预防和解决调整资源分配策略或优化线程优先级资源占用情况资源被占用且互相等待资源被某些线程长时间占用
这些表格展示了死锁和活锁的定义、状态、原因、解决方法和其他一些特点的区别以及死锁和饥饿的定义、原因、解决方法和对线程执行的影响的区别。 06、Java中用到的线程调度算法是什么
在 Java 中线程调度是通过操作系统来完成的Java 虚拟机并不直接管理线程的调度。因此Java 中使用的线程调度算法取决于底层操作系统的调度算法。
常见的操作系统线程调度算法包括 先来先服务调度First Come First Served, FCFS 按照线程到达的先后顺序进行调度先到达的线程先执行。 时间片轮转调度Round Robin 每个线程被分配一个时间片当时间片结束后切换到下一个线程执行直到所有线程都执行完毕。 优先级调度Priority Scheduling 根据线程的优先级来进行调度优先级高的线程先执行可以是静态优先级或动态优先级。 多级反馈队列调度Multilevel Feedback Queue Scheduling 根据线程的历史行为和优先级将线程分配到不同的队列中并根据队列的特定调度算法进行调度。
在 Java 中可以使用 Thread.setPriority() 方法设置线程的优先级但最终的调度行为仍受底层操作系统调度算法的影响。因此Java 中使用的线程调度算法取决于具体的操作系统和 JVM 实现。 07、为什么使用Executor框架
使用Executor框架可以带来以下好处 简化线程管理Executor框架提供了高级的线程管理功能可以帮助我们更方便地创建、启动、停止和管理线程避免手动处理线程的生命周期和资源释放等问题。 提高性能Executor框架可以根据实际需求线程池中保持一定数量的线程避免线程的频繁创建和销毁从而减少了线程创建和上下文切换的开销提高了性能。 控制资源使用Executor框架提供了线程池的管理机制可以限制最大并发线程数控制任务提交速率避免资源过度占用从而更好地利用系统资源。 提供线程复用Executor框架中的线程池可以让多个任务共享线程使得线程可以被复用减少线程创建和销毁的开销。 支持异步编程Executor框架中提供了异步执行任务的功能可以通过Future或CompletionService等机制获取异步任务的执行结果使得程序可以并发执行多个任务提高效率和响应性。 提供灵活的任务调度Executor框架中的ScheduledExecutorService可以实现定时调度和周期性执行任务能够满足定时任务和定期任务的需求。
总结起来使用Executor框架可以简化线程管理、提高性能、控制资源使用、提供线程复用、支持异步编程和灵活的任务调度。这些优势使得Executor框架成为了Java并发编程中不可或缺的工具之一并帮助开发人员更加方便地编写高效的多线程应用程序。 08、在Java中Executor和Executors的区别
在Java中Executor和Executors是两个相关的类它们的主要区别如下 ExecutorExecutor是一个接口定义了异步执行任务的执行器的基本协议。它提供了一种将任务提交和任务执行进行分离的机制通过使用Executor可以将任务的提交与任务的执行进行解耦使得系统更加灵活和可维护。Executor接口的核心方法是execute(Runnable task)用于提交一个Runnable任务给执行器执行。 ExecutorsExecutors是一个包含一些静态工厂方法的类用于创建常见的ExecutorService实例。它提供了一些方便的方法来创建线程池隐藏了线程池的创建和配置细节简化了线程池的使用。Executors类提供的一些常见的方法包括newFixedThreadPool(int nThreads)、newCachedThreadPool()、newSingleThreadExecutor()等用于创建不同类型的线程池。
总结起来Executor是一个接口定义了异步执行任务的基本协议而Executors是一个工具类提供了一些方便的静态工厂方法来创建常见的ExecutorService实例。通过Executor接口和Executors类的组合使用我们可以更方便地进行任务的提交和执行并利用线程池进行线程管理和资源控制。
下面用表格简单说明一下两者的区别如下
区别ExecutorExecutors类型接口工具类主要作用定义异步执行任务的基本协议包含静态工厂方法用于创建常见的ExecutorService实例方法主要方法是execute(Runnable task)包含了一些方便的方法来创建不同类型的线程池如newFixedThreadPool、newCachedThreadPool、newSingleThreadExecutor等功能提供了将任务提交和任务执行进行分离的机制提供了简化线程池创建和配置的方法使用方式通过实现接口来定义自定义的执行器通过调用静态工厂方法来创建线程池实例
下面是通过代码举例说明Executor和Executors的区别
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.Executors;public class ExecutorExample {public static void main(String[] args) {// 使用Executor接口Executor executor new Executor() {Overridepublic void execute(Runnable task) {// 自定义的执行逻辑Thread thread new Thread(task);thread.start();}};// 提交任务给Executor执行executor.execute(new Runnable() {Overridepublic void run() {System.out.println(Task executed using Executor);}});// 使用Executors工具类Executor fixedThreadPool Executors.newFixedThreadPool(2);fixedThreadPool.execute(new Runnable() {Overridepublic void run() {System.out.println(Task executed using Executors - FixedThreadPool);}});Executor cachedThreadPool Executors.newCachedThreadPool();cachedThreadPool.execute(new Runnable() {Overridepublic void run() {System.out.println(Task executed using Executors - CachedThreadPool);}});}
}在上面的代码中我们首先通过实现Executor接口自定义了一个执行器然后使用该执行器来执行任务。接下来我们使用Executors工具类创建了两个不同类型的线程池FixedThreadPool和CachedThreadPool并提交任务给它们执行。
通过运行上述代码你可以看到Task executed using Executor、Task executed using Executors - FixedThreadPool和Task executed using Executors - CachedThreadPool这三行输出它们分别代表了通过Executor和Executors执行的三个任务。这个例子展示了Executor和Executors的不同用法和功能。 09、如何在Windows和Linux上查找哪个线程使用的CPU时间最长
在Windows和Linux上可以使用以下方式来查找哪个线程使用的CPU时间最长
在Windows上
打开任务管理器可以通过右键点击任务栏并选择“任务管理器”打开在任务管理器的“进程”或“详细信息”选项卡中找到你感兴趣的进程单击该进程然后展开“进程”或“详细信息”选项卡中的“CPU”列排序该列以查看使用CPU时间最长的线程
在Linux上
打开终端使用top命令来监视系统状态和进程信息在top界面中按下ShiftH键按“%CPU”列对线程进行排序查找使用CPU时间最长的线程并记录其线程IDTID
使用以上方法你可以找到在Windows和Linux上使用CPU时间最长的线程。请注意此方式只显示系统中当前活动的线程并且需在正确的权限下运行以获取相应的信息。 10、什么是原子操作在JavaConcurrencyAPI中有哪些原子类(atomicclasses)
原子操作是指在执行过程中不会被中断的操作要么全部执行成功要么全部不执行不会出现部分执行的情况。原子操作通常是不可分割的单个操作要么完全执行要么完全不执行不会被其他操作所干扰。
在并发编程中原子操作是非常重要的概念因为当多个线程同时访问共享资源时如果这些操作不是原子操作就可能导致数据不一致性和竞争条件问题。因此使用原子操作可以保证线程安全避免了多线程环境下的数据竞争和不一致性。
在编程语言和计算机体系结构中通常会提供原子操作的支持比如提供原子类型或者原子操作指令来保证特定操作的原子性。常见的原子操作包括原子读-修改-写操作比如CAS操作、原子赋值和原子增减操作等。
总之原子操作是指不可被中断的操作能够确保在并发环境下的数据一致性和线程安全。
在Java Concurrency API中提供了以下常用的原子类
AtomicInteger一个提供原子操作的整型类。AtomicLong一个提供原子操作的长整型类。AtomicBoolean一个提供原子操作的布尔类型类。AtomicIntegerArray一个提供原子操作的整型数组类。AtomicLongArray一个提供原子操作的长整型数组类。AtomicReference一个提供原子操作引用类型的类。AtomicReferenceArray一个提供原子操作引用类型数组的类。AtomicStampedReference一个提供原子的、带有版本号的引用类型类。AtomicMarkableReference一个提供原子的、可标记的引用类型类。AtomicIntegerFieldUpdater一个原子更新整型字段的类。AtomicLongFieldUpdater一个原子更新长整型字段的类。AtomicReferenceFieldUpdater一个原子更新引用字段的类。
这些原子类提供了一种线程安全的方式去更新变量或数组的内容避免了竞争条件和数据不一致性。它们通过使用底层的硬件原子操作例如CAS操作来实现原子性从而保证了并发环境下的数据安全性。
当使用Java Concurrency API中的常用原子类时可以按照以下样例来进行使用
AtomicInteger
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;public class AtomicExample {private static AtomicInteger counter new AtomicInteger(0);public static void main(String[] args) {System.out.println(Initial counter value: counter.get());// 原子地增加计数器的值counter.incrementAndGet();System.out.println(Counter value after increment: counter.get());// 原子地减少计数器的值counter.decrementAndGet();System.out.println(Counter value after decrement: counter.get());// 原子地更新计数器的值counter.updateAndGet(value - value * 2);System.out.println(Counter value after update: counter.get());}
}AtomicBoolean
import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;public class AtomicExample {private static AtomicBoolean flag new AtomicBoolean(false);public static void main(String[] args) {System.out.println(Initial value of flag: flag.get());// 原子地将flag设为trueflag.set(true);System.out.println(Value of flag after set: flag.get());// 原子地将flag设为falseflag.compareAndSet(true, false);System.out.println(Value of flag after compareAndSet: flag.get());}
}AtomicReference
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;public class AtomicExample {private static AtomicReferenceString message new AtomicReference(Hello);public static void main(String[] args) {System.out.println(Initial message: message.get());// 原子地更新消息message.set(Hello, World!);System.out.println(Message after set: message.get());// 原子地比较并设置消息boolean isSuccess message.compareAndSet(Hello, World!, Hello, WeTab!);System.out.println(Message after compareAndSet: message.get());System.out.println(CompareAndSet operation result: isSuccess);}
}AtomicIntegerArray
import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerArray;public class AtomicExample {private static AtomicIntegerArray numbers new AtomicIntegerArray(5);public static void main(String[] args) {System.out.println(Initial values of numbers:);for (int i 0; i numbers.length(); i) {System.out.println(Index i : numbers.get(i));}// 原子地增加索引位置上的值numbers.incrementAndGet(2);System.out.println(Value at index 2 after increment: numbers.get(2));// 原子地更新索引位置上的值numbers.updateAndGet(3, value - value * 2);System.out.println(Value at index 3 after update: numbers.get(3));}
}AtomicLong
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;public class AtomicExample {private static AtomicLong value new AtomicLong(100L);public static void main(String[] args) {System.out.println(Initial value: value.get());// 原子地增加值value.incrementAndGet();System.out.println(Value after increment: value.get());// 原子地减少值value.decrementAndGet();System.out.println(Value after decrement: value.get());// 原子地增加并返回旧值System.out.println(Value before getAndAdd: value.getAndAdd(50L));System.out.println(Value after getAndAdd: value.get());}
}这些是Java Concurrency API中常用的原子类的示例用法。您可以根据您的具体需求选择合适的原子类并使用它们提供的原子操作来执行线程安全的变量修改。这些原子类可帮助您在多线程环境下使用变量时避免竞态条件和数据不一致的问题。 11、JavaConcurrencyAPI中的Lock接口(Lockinterface)是什么对比同步它有什么优势
Lock接口是Java Concurrency API中的一种显式锁机制它提供了比synchronized关键字更细粒度的线程同步控制。Lock接口的实现类可以用来保护共享资源的状态确保多线程环境下的线程安全。
与synchronized关键字相比Lock接口提供了更多的灵活性和功能具有以下优势 可重入性锁可以被同一个线程多次获取而不会导致死锁。这意味着在一个线程中可以多次获取该锁而不会阻塞其他等待获取该锁的线程。 条件变量Lock接口提供了Condition对象可以通过它实现更复杂的线程通信和协调。使用Condition对象线程可以在满足特定条件之前等待并在满足条件后被唤醒。 公平性Lock接口可以实现公平性即按照线程请求锁的顺序来获取锁。而synchronized关键字不能保证公平性可能会导致线程饥饿问题。 灵活性相比于synchronized关键字Lock接口提供了更多灵活的加锁和解锁方式。可以支持尝试获取锁、超时获取锁等操作。 性能优化当有多个线程竞争同一资源时使用Lock接口可以提供更好的性能。它可以减少线程之间的竞争和上下文切换次数从而提高系统的吞吐量。
总的来说与synchronized关键字相比Lock接口提供了更多的功能和灵活性并且可以帮助解决一些在使用synchronized时可能会遇到的问题。在需要更细粒度的线程同步控制或更复杂的线程通信时使用Lock接口会更加合适。 12、什么是Executors框架
Executors框架是Java中的一个并发编程框架位于java.util.concurrent包下。它提供了一组用于管理和控制线程执行的工具类和接口使得开发者可以更方便地实现并发任务的执行和管理。
Executors框架的核心组件是线程池它是一组预先创建的线程可用于执行提交给它的任务。通过线程池我们可以重用线程、控制并发线程的数量以及管理线程的生命周期。
使用Executors框架可以在应用程序中更加有效地利用系统资源同时提高并发任务的执行性能和效率。开发者无需手动管理线程的创建、启动和销毁过程简化了多线程程序的编写和维护。
Executors框架提供了一系列工具类和接口如 Executor接口定义了执行任务的最基本接口其实现类如ThreadPoolExecutor可用于创建和管理线程池。 ExecutorService接口扩展了Executor接口提供了更丰富的任务提交和执行控制方法以及获取任务执行结果的能力。 ThreadPoolExecutor类是ExecutorService接口的一个常用实现类用于创建和管理线程池。可以通过它指定线程池的大小、线程工厂、任务队列等参数来调整线程池的行为。 Executors工厂类提供了一系列静态方法用于创建不同类型的线程池如单线程线程池、固定大小线程池、缓存线程池等。
通过使用Executors框架开发者可以更加方便地实现并发任务的调度和管理提高应用的并发性能和可靠性。 13、什么是阻塞队列阻塞队列的实现原理是什么如何使用阻塞队列来实现生产者-消费者模型
阻塞队列Blocking Queue是一种特殊的队列数据结构在多线程环境下用于实现线程间的数据交换。
与普通队列不同阻塞队列具有阻塞特性即当队列为空时从队列中获取元素的操作会被阻塞当队列已满时向队列中添加元素的操作也会被阻塞。
阻塞队列的主要特点如下 线程安全阻塞队列内部会根据具体实现使用同步机制保证多线程环境下的线程安全性。 阻塞操作当从一个空队列中获取元素时线程会被阻塞直到队列中有元素可获取。当向一个满队列中添加元素时线程也会被阻塞直到队列有空闲位置。 等待通知机制当一个线程被阻塞后只有当另一个线程向队列中添加或者移除元素时阻塞的线程才会被唤醒。
阻塞队列的使用场景包括生产者消费者模式、线程池等。在生产者消费者模式中生产者可以将数据放入阻塞队列而消费者可以从队列中获取数据实现线程间的数据交换和解耦。在线程池中任务可以被提交到阻塞队列中线程池通过获取队列中的任务来执行。
Java中的java.util.concurrent包中提供了多种实现了阻塞队列接口的类如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue等可以根据具体的场景和需求选择适合的阻塞队列实现类。
阻塞队列的实现原理主要依赖于底层的同步机制使得在队列为空或者已满时能够阻塞线程。
通常阻塞队列的实现会借助以下几种同步机制 锁Lock使用锁机制可以实现对队列的安全访问。通过获取锁来保护队列的状态阻塞队列可以确保在对队列进行修改如入队、出队时是线程安全的。 条件变量Condition条件变量提供了更灵活的线程等待和唤醒机制。阻塞队列可以利用条件变量在某些条件满足时阻塞线程并在其他线程改变了队列状态时唤醒它们。 信号量Semaphore信号量是一种用于控制并发访问资源的计数器。阻塞队列可以使用信号量来限制队列的容量当信号量计数器达到最大值时将会阻塞对队列的访问。
具体的实现原理可能因不同的阻塞队列而异。例如ArrayBlockingQueue内部使用了锁和条件变量来实现阻塞操作LinkedBlockingQueue则使用了原子性操作和条件变量来实现阻塞操作。
当阻塞队列为空时消费者线程试图获取元素时将被阻塞直到有生产者往队列中插入元素并通知消费者线程当队列已满时生产者线程试图插入元素时同样会被阻塞直到有消费者从队列中取出元素并通知生产者线程。
通过以上机制阻塞队列能有效地控制并发线程之间的访问和通知实现线程安全的数据交换和同步。
使用阻塞队列来实现生产者-消费者模型是一种简单而有效的方法能够有效地解耦生产者和消费者并且通过阻塞队列的特性来实现线程间的数据交换和同步。以下是使用阻塞队列实现生产者-消费者模型的一般步骤 创建一个阻塞队列 首先需要选择合适的阻塞队列实现类如ArrayBlockingQueue或LinkedBlockingQueue并创建一个阻塞队列对象。 创建生产者和消费者线程 分别创建生产者线程和消费者线程。生产者负责生成数据并将数据放入阻塞队列而消费者则从队列中获取数据进行处理。 启动生产者和消费者线程 启动生产者和消费者线程它们将循环执行生产和消费的操作。 生产者向队列中添加数据 在生产者线程中生成数据并将数据放入阻塞队列。由于阻塞队列的特性当队列已满时生产者线程将会被阻塞直到队列有空闲位置。 消费者从队列中获取数据 在消费者线程中从阻塞队列中获取数据进行处理。如果队列为空消费者线程将被阻塞直到队列中有数据可供获取。
通过以上步骤生产者将数据放入阻塞队列而消费者则从队列中获取数据实现了生产者-消费者模型。由于阻塞队列的阻塞特性生产者和消费者线程之间不需要显式的等待或通知机制而是依靠队列本身的特性来实现线程间的同步和协作。
以下是一个使用 Java 中的 ArrayBlockingQueue 实现生产者-消费者模型的简单示例
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;public class ProducerConsumerExample {private static final int CAPACITY 10;private static BlockingQueueInteger queue new ArrayBlockingQueue(CAPACITY);public static void main(String[] args) {Thread producerThread new Thread(new Producer());Thread consumerThread new Thread(new Consumer());producerThread.start();consumerThread.start();}static class Producer implements Runnable {Overridepublic void run() {try {int value 0;while (true) {queue.put(value);System.out.println(Produced value);value;Thread.sleep(1000);}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}static class Consumer implements Runnable {Overridepublic void run() {try {while (true) {int value queue.take();System.out.println(Consumed value);Thread.sleep(2000);}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}在这个示例中生产者线程不断向阻塞队列中放入数据而消费者线程不断从队列中获取数据进行处理实现了生产者-消费者模型。 14、什么是Callable和Future?
在Java中Callable和Future是用于支持异步执行任务和获取任务执行结果的接口。
Callable是一个泛型接口定义了一个call方法该方法可以返回一个结果或抛出一个异常。与Runnable接口不同Callable的call方法具有返回值。
下面是Callable接口的定义
public interface CallableV {V call() throws Exception;
}Future是一个表示异步计算结果的接口提供了方法来检查任务是否完成、等待任务完成并获取结果、取消任务的执行等。
下面是Future接口的一些常用方法
V get() throws InterruptedException, ExecutionException等待任务完成并获取计算结果。boolean isDone()查询任务是否已完成。boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)尝试取消任务的执行。
ExecutorService接口的方法submit可以用来提交实现了Callable接口的任务并返回一个Future对象用来获取任务执行的结果。
下面是使用Callable和Future的简单示例
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;public class CallableFutureExample {public static void main(String[] args) {ExecutorService executor Executors.newSingleThreadExecutor();// 提交一个Callable任务FutureInteger future executor.submit(new MyCallable());try {// 等待任务完成并获取结果int result future.get();System.out.println(Task result: result);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} catch (ExecutionException e) {e.printStackTrace();}// 关闭线程池executor.shutdown();}static class MyCallable implements CallableInteger {Overridepublic Integer call() throws Exception {// 模拟耗时操作Thread.sleep(2000);return 42;}}
}在这个示例中我们创建了一个ExecutorService线程池提交了一个实现了CallableInteger接口的任务并通过调用Future对象的get方法等待任务执行的结果。最后我们关闭了线程池。
需要注意的是Future的get方法会阻塞当前线程直到任务完成并返回结果。如果任务无法完成例如任务被取消或执行过程中抛出异常get方法将会抛出相应的异常。在调用get方法之前可以使用isDone方法来检查任务是否已完成。 15、什么是FutureTask? 使用ExecutorService启动任务
FutureTask是一个实现了RunnableFuture接口的类它实现了Future和Runnable接口的功能。FutureTask既可以作为Runnable被线程执行也可以作为Future获取任务执行的结果。
FutureTask可以用于异步执行任务并在任务完成时获取结果。它提供了更多的灵活性和功能可以用于以下几种情况
** 执行Callable任务** 可以将实现了Callable接口的任务提交给FutureTask然后使用ExecutorService来执行这个任务并获取任务的执行结果。** 执行Runnable任务** 可以将实现了Runnable接口的任务提交给FutureTask然后使用ExecutorService来执行这个任务但无法获取任务的执行结果任务不返回结果。** 执行带有返回结果的任务** 可以将已经完成计算的结果通过FutureTask返回其他线程可以通过FutureTask的get方法来获取这个结果。
以下是一个使用FutureTask执行Callable任务的示例
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.FutureTask;public class FutureTaskExample {public static void main(String[] args) {CallableInteger callable new MyCallable();FutureTaskInteger futureTask new FutureTask(callable);ExecutorService executor Executors.newSingleThreadExecutor();executor.submit(futureTask);try {int result futureTask.get();System.out.println(Task result: result);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} catch (ExecutionException e) {e.printStackTrace();}executor.shutdown();}static class MyCallable implements CallableInteger {Overridepublic Integer call() throws Exception {Thread.sleep(2000);return 42;}}
}在这个示例中我们创建了一个CallableInteger的实现类MyCallable该任务会返回整数值42。然后我们创建了一个FutureTaskInteger对象并将MyCallable实例传递给其构造函数。接下来我们使用ExecutorService提交FutureTask来执行任务并通过get方法等待任务完成并获取结果。
需要注意的是get方法会阻塞当前线程直到任务完成并返回结果。如果任务无法完成例如任务被取消或执行过程中抛出异常get方法将会抛出相应的异常。在调用get方法之前可以使用isDone方法来检查任务是否已完成。
FutureTask还提供了其他一些方法如cancel方法用于取消任务的执行isCancelled方法用于判断任务是否已被取消等。 16、什么是并发容器的实现
并发容器是一种支持多线程并发操作的数据结构它在多线程环境下能够提供线程安全的操作。在Java中有许多并发容器的实现包括ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue、CopyOnWriteArrayList等。
这些并发容器的实现大多基于特定的并发算法和数据结构以确保在多线程环境下保持数据的一致性和线程安全性。通常情况下这些并发容器的实现会使用锁、原子操作、并发队列等技术来实现线程安全的数据操作。
以下是一些常见的并发容器及其主要特点 ConcurrentHashMap是Map接口的线程安全实现它使用分段锁Segment来实现并发访问。每个Segment相当于一个小的HashTable不同的Segment上的操作可以并发进行提高了并发性能。 ConcurrentLinkedQueue是Queue接口的线程安全实现它使用CASCompare and Swap操作和volatile变量来实现非阻塞式并发访问保证了在多线程环境下的线程安全性和高效性能。 CopyOnWriteArrayList是List接口的线程安全实现它通过在修改操作时复制一份新的数组来实现线程安全读取操作不需要加锁适用于读多写少的场景。 ConcurrentSkipListMap和ConcurrentSkipListSet它们是基于跳表SkipList数据结构实现的线程安全的Map和Set在多线程环境下提供了较好的性能并且支持有序性操作。
并发容器的实现涉及到复杂的并发算法和线程安全机制它们旨在提供在多线程环境下高效并发操作的数据结构。在使用这些并发容器时需要根据具体的业务场景和性能要求选择合适的实现以及了解各种并发容器的特性和适用场景。 17、什么是竞争条件你怎样发现和解决竞争
竞争条件Race Condition是指当多个线程并发访问共享资源并试图同时修改该资源时最终的结果依赖于不同线程执行的相对时间顺序从而导致结果的不可预测性。
竞争条件的出现通常是由于并发访问共享资源时缺乏适当的同步操作造成数据的不一致或不正确的结果。常见的竞争条件问题包括数据竞争、死锁、活锁等。
要发现竞争条件可以采用以下几种方法 代码审查 通过仔细审查代码尤其是涉及共享资源访问的部分检查是否存在多线程并发访问、修改共享资源的情况。 并发测试 编写并发测试用例模拟多线程并发访问共享资源的情况观察程序的行为和结果是否正确。如果发现结果与预期不符可能存在竞争条件。 静态分析工具 使用一些静态分析工具例如FindBugs、SpotBugs、SonarQube等来检测代码中的潜在竞争条件问题。
解决竞争条件问题可以采用以下几种方法 同步机制 使用锁如synchronized、ReentrantLock或其他线程同步机制来保证多线程对共享资源的访问具有互斥性避免并发修改。 原子操作 使用原子操作如AtomicInteger、AtomicReference来实现对共享资源的原子性访问确保多线程操作的原子性。 并发容器 使用线程安全的并发容器如ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue来代替传统的非线程安全容器以保证并发访问的线程安全性。 避免共享 通过设计避免共享资源在多线程操作中尽量减少对共享资源的竞争例如通过线程本地变量ThreadLocal来保持每个线程的私有副本。 重构代码 重新设计并重构代码采用更合理的线程安全策略或数据结构从根本上避免竞争条件。
需要注意的是解决竞争条件问题需要综合考虑业务需求和性能要求选择适当的同步机制和并发方案。此外并发编程也需要仔细的设计和测试确保线程安全性和正确性。 18、你将如何使用threaddump你将如何分析Threaddump
Thread Dump线程转储是一种获取当前运行中线程的状态和堆栈信息的快照可以帮助我们了解应用程序当前的线程状态、线程间的关系以及可能存在的问题。在Java中可以使用jstack命令或相关工具生成线程转储。
下面是使用Thread Dump的基本步骤 生成Thread Dump可以使用jstack命令、JVM监控工具如VisualVM、JConsole或应用程序日志中的相关工具生成Thread Dump。例如使用jstack命令可以执行类似 jstack PID 的命令来获取Java进程的线程转储。 分析Thread Dump通过分析Thread Dump来了解线程的状态、堆栈信息、锁信息等并发现可能存在的问题。以下是一些常见的分析方法 查看线程状态可以通过Thread Dump中的线程状态如RUNNABLE、WAITING、BLOCKED等来了解线程的运行状态判断是否存在死锁、死循环等问题。 查看线程堆栈Thread Dump中会显示每个线程的堆栈跟踪信息可以定位到具体的代码行数了解线程在执行哪些方法和调用栈。通常关注高CPU使用率、等待锁、阻塞等线程。 查看锁信息通过查看Thread Dump中的锁信息可以了解线程间的锁关系、竞争情况判断是否存在潜在的死锁或并发问题。 分析线程间关系通过观察Thread Dump中不同线程之间的关系例如锁的拥有者、等待者等可以分析线程间的交互和可能存在的问题。 解决问题根据Thread Dump的分析结果可以采取相应的措施来解决问题。例如找到代码中的死锁或并发问题进行相应的锁优化。或者根据线程堆栈信息定位并修复代码中的逻辑错误或死循环。
分析Thread Dump需要一定的经验和技巧因为Thread Dump可能会非常庞大且包含大量的线程信息。对于复杂的问题可能需要使用一些辅助工具来帮助分析例如线程分析工具如ThreadDump Analyzer、FastThread、YourKit等或性能分析工具如VisualVM、JProfiler等。
在分析Thread Dump时需要结合实际问题和线程转储的上下文来进行分析和判断定位问题的根本原因并采取相应的措施来解决问题提高应用程序的性能和稳定性。 19、为什么我们调用start()方法时会执行run()方法为什么我们不能直接调用run()方法
在Java中线程的启动是通过调用Thread类的start()方法来实现的。start()方法会启动一个新的线程并调用该线程的run()方法。
run()方法是线程的执行体包含了线程需要执行的代码逻辑。在单线程环境下可以直接调用run()方法来执行线程的代码但是在多线程环境下直接调用run()方法并不会创建新的线程而是直接在当前线程中顺序执行run()方法的代码。这是因为在Thread类中run()方法只是一个普通的方法并没有创建新线程的功能。
为什么不能直接调用run()方法而要通过start()方法启动线程呢这是因为线程的启动涉及到一些底层资源的分配和初始化以及线程调度的安排。当调用start()方法时底层会分配新的线程资源并将线程放入就绪队列中等待CPU调度最终会执行run()方法。而直接调用run()方法则不会分配新的线程资源代码会在当前线程中顺序执行无法达到多线程的效果。
使用多线程的目的通常是为了实现并发执行在并发执行的情况下能够充分利用多核处理器提高程序的性能和效率。通过调用start()方法可以启动多个并发的线程每个线程执行自己的run()方法从而实现并发执行的效果。
总结来说调用start()方法可以创建新的线程并启动该线程而直接调用run()方法只会在当前线程中按照顺序执行方法的代码。因此在需要使用多线程并发执行的情况下应该调用start()方法启动线程而不是直接调用run()方法。 20、多线程同步和互斥有几种实现方法都是什么
在多线程环境下为了确保线程之间的安全性和正确性需要使用同步和互斥机制。以下是几种常见的多线程同步和互斥的实现方法 使用synchronized关键字 synchronized是Java中最基本的同步和互斥机制之一。通过在方法或代码块中使用synchronized关键字可以使得只有一个线程可以进入被synchronized修饰的代码区域其他线程需要等待。synchronized关键字可以应用于方法、代码块和静态方法。 使用ReentrantLock类 ReentrantLock是Java.util.concurrent包下提供的一种显示锁实现方式。通过使用ReentrantLock及其相关方法如lock()和unlock()线程可以精确地控制锁的获取和释放以实现同步和互斥操作。 使用Condition条件 Condition是ReentrantLock提供的一种等待/通知机制可以在等待某个条件满足时释放锁并进入等待状态当条件被满足时被唤醒并重新获取锁。通过使用Condition可以更灵活地控制线程的等待和执行顺序。 使用Semaphore信号量 Semaphore是一种计数信号量在同一时间内允许多个线程同时访问某个资源或代码段。通过使用Semaphore可以实现一些限流和控制访问的场景。 使用volatile关键字 volatile关键字用于保证变量的可见性和禁止指令重排序它可以在多线程环境下保证变量的读取和写入的顺序性。volatile关键字适用于一些简单的标志位的读写操作。
这些是常见的多线程同步和互斥的实现方法它们各自适用于不同的场景和需求。在实际使用时应根据具体的情况选择适合的同步和互斥机制并灵活运用。此外还可以使用并发集合如ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue等和并发工具类如CountDownLatch、CyclicBarrier等等来辅助实现多线程的同步和互斥操作。
在Java中多线程同步可以使用synchronized关键字或者Lock对象来实现。其中synchronized是隐式锁它与每个对象相关联并自动获得和释放锁。而Lock对象是显示锁需要手动获得和释放锁。
下面是使用synchronized关键字实现多线程同步的示例
public class MyThread implements Runnable {private int count;public void run() {synchronized(this) {for (int i 0; i 5; i) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() count: count);count;}}}
}public class Test {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {MyThread myThread new MyThread();Thread thread1 new Thread(myThread, Thread-1);Thread thread2 new Thread(myThread, Thread-2);thread1.start();thread2.start();thread1.join();thread2.join();System.out.println(Final count is myThread.getCount());}
}上面的示例中MyThread类实现了Runnable接口并使用synchronized关键字来同步count变量的访问。在Test类中创建了两个线程来执行MyThread对象中的run()方法。
除了synchronized关键字Java还提供了一些其他的互斥实现方法包括
ReentrantLock是一个可重入的锁与synchronized类似但是具有更高的灵活性和可扩展性例如可中断、可轮询和超时锁等功能。ReadWriteLock允许多个并发线程同时读取某个共享资源但是对于写操作仍然需要互斥锁来保证同步性。Semaphore用于控制同时访问某个资源的线程数量。CountdownLatch允许一个或多个线程等待一组事件的完成。CyclicBarrier允许多个线程等待彼此达到某个共同的执行状态然后再继续执行。
