【面试八股|JAVA多线程】JAVA多线程常考面试题详解
这里根据个人说话口吻等编写JAVA多线程常见面试题用于记录复习，后续会持续更新补充，欢迎点赞收藏。
多线程
线程基础知识
线程与进程区别
1.进程是正在运行的线程实例，进程里包含了线程，每个线程执行不同任务
2.不同进程使用不同内存空间，同一进程的所有线程共享内存空间
3.线程更轻量，上下文切换成本较低
并行与并发的区别
并行是同一时间处理多个任务的能力，比如四核cpu同时执行四个线程
并发是同一时间应对多个任务的能力，比如一个cpu被多个线程轮流使用
创建线程四种方式
1.继承thread类
2.实现runnable接口
3.实现callable接口
4.线程池创建线程
runnable与callable接口区别
1.runnable接口run方法没有返回值。callable接口call方法有返回值，是个泛型，可通过futuretask配合获取异步执行结果
2.runnable接口run方法的异常只能内部消化，不能上抛，callable接口的call方法允许抛出异常
3.callabe接口获取执行结果，需要通过futuretask.get()得到，但会阻塞主线程
futuretask的作用
1.thread类只接受runnable，futuretask实现runnable来封装callable
2.实现future，提供管理callable任务的能力
run和start的区别
start原来启动线程，通过该线程调用run方法逻辑，只能调用一次。
run则封装了被线程执行的代码，可以被调用多次
线程有哪些状态，之间如何变换的
1.在thread类中的枚举state中定义了六种状态，分别是：新建，可运行，终结，阻塞，等待，有时限等待
2.当线程对象被创建但为start则处于新建状态，当线程start则进入可运行状态，当线程内代码执行完毕则进入终结状态
3.当线程获取锁失败，则由可运行转换为阻塞状态，如果后续获取了锁则再加入可运行状态
4.当线程获取锁，但由于条件不满足，调用了wait方法，则进入等待状态。当其它持锁线程调用了notify或notifyall，则再恢复为可运行状态
5.当线程获取锁，但由于条件不满足，使用sleep方法或传参的wait方法则进入有时限等待状态。在时间结束后会再重新进入可运行状态
如何保证新建的多个线程顺序执行
可通过线程类的join方法在一个线程中启动另一个线程，另一个线程完成后该线程才会执行，以此控制顺序
notify与notifyall的区别
notify，随机唤醒一个线程
notifyall，唤醒所有wait线程
在 java 中 wait 和 sleep 方法的不同
共同点：都是让线程暂时放弃cpu使用权，进入阻塞状态
不同点：
方法归属不同：sleep是Thread的静态方法。wait是object成员方法，每个对象都有。
醒来时机不同：wait有无参方法和有参方法，wait方法可以被notify唤醒，无参构造如果不被唤醒会一直等下去。sleep无法被notify唤醒。两个都可以被打断唤醒。
锁特性不同：wait调用必须获取对象锁，执行后会释放对象锁。sleep不需要提前获取对象，执行后也不会释放对象锁。
如何停止一个正在运行的线程？
1.使用退出标志，在run方法完成后线程终止
2.使用interrupt方法中断线程
3.使用stop方法强行终止（已废除）
线程中并发锁
synchronized关键字底层原理
第一，synchronized底层使用了jvm级别的monitor来管理当前线程是否获取锁。属于悲观锁并且相对性能较低。
第二，monitor存在于每个java对象的对象头中，也因此java任何对象都可以作为锁。
第三，monitor内部维护了三个变量，分别是waitset，entrylist，owner。当线程获取锁，则会关联owner队列。当线程阻塞，则会关联到entryset。当对象等待时，则关联到wait队列中。
第四，当获取锁的对象释放锁后，entryset等待的线程将竞争锁，此过程是非公平的
synchronized锁进阶原理
第一，synchronized对象锁有偏向锁，轻量级锁，重量级锁三种形式。分别对应单个线程持有锁，多个线程交替持有锁，多个线程竞争锁的情况
第二，重量级锁通过Monitor实现，需要用户态与内核态的切换，进程上下文切换，成本较高，性能较低
第三，轻量级锁借助LockRecord实现，通过cas操作修改对象头锁标志，大幅提高性能。
第四，偏向锁只有第一次获取锁时是cas操作，后续再获取锁只需要判断对象头中是否保存为当前线程id即可。
第五，如果发生锁竞争都会升级为重量级锁
对象内存结构
对象在内存中的存储可被分为三部分：对象头，实例数据，对齐数据（为了使整体达到8的整数倍）
对象头（MarkWord）又在不同锁的情况下被划分为不同部分
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hashcode：25位的对象标识Hash码
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age：对象分代年龄占4位
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biased_lock：偏向锁标识，占1位 ，0表示没有开始偏向锁，1表示开启了偏向锁
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thread：持有偏向锁的线程ID，占23位
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epoch：偏向时间戳，占2位
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ptr_to_lock_record：轻量级锁状态下，指向栈中锁记录的指针，占30位
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ptr_to_heavyweight_monitor：重量级锁状态下，指向对象监视器Monitor的指针，占30位
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标记为gc表示该对象将被回收
ReentrantLock实现原理
第一，ReentrantLock底层使用CAS+AQS队列实现，提供state表示资源状态，exclusiveownerthread表示获取锁的线程，以及fifo队列表示阻塞线程
第二，reentrantlock是可重入锁，再次调用lock不会阻塞而是内部添加重入次数
第三，reentranlock支持公平锁与非公平锁，构造方法接受可选的公平参数，设置为true为公平锁，否则为非公平锁
ReentrantLock与synchronized的区别
1.功能层面：两者都是可重入锁，悲观锁，但reentrantlock增加了一些高级功能，如等待可中断，可实现公平锁，可借助condition实现选择性通知
2.语法层面：synchronized是关键字，依赖于jvm实现，退出同步代码块锁会自动释放。reentrantlock是依赖于jdk层面实现，需要手动调用unlock释放锁。
3.性能层面：没有竞争时，synchronized有需要优化比如偏向锁，轻量级锁等。竞争激烈时，reentrantlock实现提供了更好性能
谈谈JMM
第一，jmm是java虚拟机规范中定义的重要的内存模型，主要用来描述线程共享变量的访问，存储，读取等规则。
第二，jmm规范了共享变量，如实例变量类变量，都是存储在主内存中，也就是计算机的ram。
第三，jmm规范了每个线程都有自己的工作内存，线程对变量的操作都必须在自己工作内存中完成，而不能直接读取主内存的变量
第四，jmm规范了不同线程不能直接读取对方工作内存的变量，如果线程间需要传递变量值，这个过程必须通过主内存完成
介绍一下CAS
第一，CAS的全程是compare and swap，先比较再交换。体现的是一种乐观锁思想，在无锁状态下保证线程操作数据的原子性。
第二，在操作共享变量时会使用自旋锁，如果更新失败会不断尝试获取新值，直到更新成功
第三，CAS应用非常广泛，在AQS框架，原子类等地方都有使用。
第四，CAS底层使用的是Unsafe类中的方法，由操作系统提供，非java语言实现
介绍一下volatile
volatile是一个可修饰成员变量，类变量的关键字，主要有两个功能
第一，保证了不同线程对于被修饰变量的可见性。即某线程修改了该变量，volatile将强制将被修改的值写入主存对其它线程可见。
第二，禁止指令的重排序。通过添加内存屏障可禁止内存屏障前后的指令执行重排序优化。
介绍一下AQS
AQS其实就是jdk提高的一个类AbstractQueuedSynchronzier，是阻塞式锁和相关同步器工具的框架，用于提供提供「state 状态管理、FIFO 队列、线程阻塞 / 唤醒」的通用逻辑。
其常见实现类有ReentrantLock（可重入锁），Semaphore（信号量），CountDownLatch（倒计时锁）等。
其内部有个被volatile修饰的state属性来表示资源状态，默认state等于0，表示没有获取锁，state为1时表示获取了锁。通过cas操作修改state保证原子性。
AQS内部还提高了基于FIFO的等待队列管理阻塞线程，通过head指向队列最久的元素，tail指向队列最后一个元素
死锁产生条件是什么
当两个线程互相持有对方需要的锁则会产生死锁现象。
死锁产生的必要条件有，互斥条件，请求和保持条件，不剥夺条件，循环等待条件
如何进行死锁诊断
可以通过jdk自带的工具解决。首先通过jps查看当前java程序运行的进程id，然后通过jstack查看当前进程id，定位出代码具体行号进行解决。
我们也可以通过jconsole，visualvm等可视化工具解决。
导致并发程序出现问题的根本原因是什么
1.与java并发编程的三大特性相关，原子性，可见性，有序性
2.对于原子性，我们可以通过synchronized关键字或lock锁
3.对于可见性，可使用synchronized关键字，lock锁或volatile关键字解决
4.对于有序性，可通过volatile关键字避免指令重排序
线程池
说说线程池核心参数
1.共七个参数分别是：核心线程数，线程最大数量，生存时间，时间单位，阻塞队列，线程工厂，拒绝策略
2.拒绝策略有AbortPolicy直接抛出异常，默认策略，CallerRunsPolicy使用调用者所在线程执行任务，DiacardOldestPolicy丢弃最考前线程，DiscardPolicy直接丢弃任务
3.最常用阻塞队列有两种，ArrayBlockingQueue与LinkedBlockingQueue
说说常用的阻塞队列
常见的有四种ArrayBlockingQueue，LinkedBlockingQueue，DelayedWorkQueue,SynchronousQueue。
1.ArrayBlockingQueue：基于数组结构的有界阻塞队列，FIFO。
2.LinkedBlockingQueue：基于链表结构的有界阻塞队列，FIFO。
3.DelayedWorkQueue ：是一个优先级队列，它可以保证每次出队的任务都是当前队列中执行时间最靠前的
4.SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列，每个插入操作都必须等待一个移出操作。
ArrayBlockingQueue的LinkedBlockingQueue区别
| LinkedBlockingQueue | ArrayBlockingQueue |
|---|---|
| 默认无界，支持有界 | 强制有界 |
| 底层是链表 | 底层是数组 |
| 是懒惰的，创建节点的时候添加数据 | 提前初始化 Node 数组 |
| 入队会生成新 Node | Node需要是提前创建好的 |
| 两把锁（头尾） | 一把锁 |
1.LinkedBlockingQueue默认无界支持有界，ArrayBlockingQueue强制有界
2.ArrayBlockingQueue基于数组实现，因此由于可通过索引访问元素，可能更快。LinkedBlockingQueue基于链表实现，因此其添加和删除元素不需要移动其它元素可能更快。
3.ArrayBlockingQueue使用一把锁控制对队列的访问，读写操作互斥。LinkedBlockingQueue使用两把锁，读写操作不互斥，并发性高
如何确定核心线程数
1.对于高并发，执行时间短的场景，采用cpu+1，减少线程上下文切换
2.对于并发不高，执行时间长的场景，如果是io密集型任务则cpu*2+1，如果是计算密集型任务则cpu+1
3.并发高，业务执行长，则从整体架构方面设计，比如缓存，增加服务器等。
线程池的种类有哪些
newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，无救急线程，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列 中等待。
newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，全是救急线程，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回 收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任 务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。
为什么不建议Executors创建线程池
不够灵活，队列长度都是Integer.MAX_VALUE，容易堆积请求导致oom。一般推荐使用threadpoolexecutor创建线程池，将控制权把握在程序员手中
说一说CountDownLatch
countdownlatch用于进行线程的同步协同。
具体使用：
1.构造参数初始化等待计数值
2.await等待计数归零
3.countDown让计数减一
如何控制某个方法运行并发访问线程的数量
通过semaphore类。先通过构造方法传参确定可被访问的线程数量，然后acquire表示请求信号量，当信号量为-1时则阻塞，release表示释放信号量。
介绍ThreadLocal
ThreadLocal 操作当前thread内部的threadlocalmap对象吗。
1.隔离资源对象，使每个线程各用各的资源对象。实现线程内资源共享。
2.ThreadLocal底层维护了一个ThreadLocalMap类型的成员变量。使用set方法时就是把threadlocal，自己作为key，资源对象作为value，存入threadlocalmap里。
3.Threadlocal的key被设计为弱引用，而value是强引用。而ThreadLocal通常是静态的，导致entry的key一直有效，如果不手动释放可能会导致oom
