面试问题之Java多线程

最新推荐文章于 2024-09-18 14:39:58 发布

转载最新推荐文章于 2024-09-18 14:39:58 发布 · 231 阅读

0 ·

CC 4.0 BY-SA版权

原文链接：https://www.cnblogs.com/dongguacai/p/6030187.html

文章标签：

#java #开发语言 #面试

1、线程池的原理，为什么要创建线程池？创建线程池的方式；

原理：

JAVA线程池原理详解一

线程池的优点

1、线程是稀缺资源，使用线程池可以减少创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以重复使用。

2、可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线程的数量，防止因为消耗过多内存导致服务器崩溃。

线程池的创建

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              RejectedExecutionHandler handler)

corePoolSize：线程池核心线程数量

maximumPoolSize:线程池最大线程数量

keepAliverTime：当活跃线程数大于核心线程数时，空闲的多余线程最大存活时间

unit：存活时间的单位

workQueue：存放任务的队列

handler：超出线程范围和队列容量的任务的处理程序

线程池的实现原理

提交一个任务到线程池中，线程池的处理流程如下：

1、判断线程池里的核心线程是否都在执行任务，如果不是（核心线程空闲或者还有核心线程没有被创建）则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程都在执行任务，则进入下个流程。

2、线程池判断工作队列是否已满，如果工作队列没有满，则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了，则进入下个流程。

3、判断线程池里的线程是否都处于工作状态，如果没有，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了，则交给饱和策略来处理这个任务。

线程池的源码解读

1、ThreadPoolExecutor的execute()方法

public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();　　　　　　 //如果线程数大于等于基本线程数或者线程创建失败，将任务加入队列
        if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {　　　　　　　　　　//线程池处于运行状态并且加入队列成功
            if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {
                if (runState != RUNNING || poolSize == 0)
                    ensureQueuedTaskHandled(command);
            }　　　　　　　　　//线程池不处于运行状态或者加入队列失败，则创建线程（创建的是非核心线程）
            else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))　　　　　　　　　　　//创建线程失败，则采取阻塞处理的方式
                reject(command); // is shutdown or saturated
        }
    }

2、创建线程的方法：addIfUnderCorePoolSize(command)

private boolean addIfUnderCorePoolSize(Runnable firstTask) {
        Thread t = null;
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            if (poolSize < corePoolSize && runState == RUNNING)
                t = addThread(firstTask);
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        if (t == null)
            return false;
        t.start();
        return true;
    }

我们重点来看第7行：

private Thread addThread(Runnable firstTask) {
        Worker w = new Worker(firstTask);
        Thread t = threadFactory.newThread(w);
        if (t != null) {
            w.thread = t;
            workers.add(w);
            int nt = ++poolSize;
            if (nt > largestPoolSize)
                largestPoolSize = nt;
        }
        return t;
    }

这里将线程封装成工作线程worker，并放入工作线程组里，worker类的方法run方法：

public void run() {
            try {
                Runnable task = firstTask;
                firstTask = null;
                while (task != null || (task = getTask()) != null) {
                    runTask(task);
                    task = null;
                }
            } finally {
                workerDone(this);
            }
        }

worker在执行完任务后，还会通过getTask方法循环获取工作队里里的任务来执行。

我们通过一个程序来观察线程池的工作原理：

1、创建一个线程

public class ThreadPoolTest implements Runnable
{
    @Override
    public void run()
    {
        try
        {
            Thread.sleep(300);
        }
        catch (InterruptedException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2、线程池循环运行16个线程：

public static void main(String[] args)
    {
        LinkedBlockingQueue<Runnable> queue =
            new LinkedBlockingQueue<Runnable>(5);
        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60, TimeUnit.SECONDS, queue);
        for (int i = 0; i < 16 ; i++)
        {
            threadPool.execute(
                new Thread(new ThreadPoolTest(), "Thread".concat(i + "")));
            System.out.println("线程池中活跃的线程数： " + threadPool.getPoolSize());
            if (queue.size() > 0)
            {
                System.out.println("----------------队列中阻塞的线程数" + queue.size());
            }
        }
        threadPool.shutdown();
    }

执行结果：

线程池中活跃的线程数： 1
线程池中活跃的线程数： 2
线程池中活跃的线程数： 3
线程池中活跃的线程数： 4
线程池中活跃的线程数： 5
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数1
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数2
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数4
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 6
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 7
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 8
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 9
----------------队列中阻塞的线程数5
线程池中活跃的线程数： 10
----------------队列中阻塞的线程数5
Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task Thread[Thread15,5,main] rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@232204a1[Running, pool size = 10, active threads = 10, queued tasks = 5, completed tasks = 0]
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2047)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:823)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1369)
    at test.ThreadTest.main(ThreadTest.java:17)

从结果可以观察出：

1、创建的线程池具体配置为：核心线程数量为5个；全部线程数量为10个；工作队列的长度为5。

2、我们通过queue.size()的方法来获取工作队列中的任务数。

3、运行原理：

刚开始都是在创建新的线程，达到核心线程数量5个后，新的任务进来后不再创建新的线程，而是将任务加入工作队列，任务队列到达上线5个后，新的任务又会创建新的普通线程，直到达到线程池最大的线程数量10个，后面的任务则根据配置的饱和策略来处理。我们这里没有具体配置，使用的是默认的配置AbortPolicy:直接抛出异常。

　　当然，为了达到我需要的效果，上述线程处理的任务都是利用休眠导致线程没有释放！！！

RejectedExecutionHandler：饱和策略

当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须对新提交的任务采用一种特殊的策略来进行处理。这个策略默认配置是AbortPolicy，表示无法处理新的任务而抛出异常。JAVA提供了4中策略：

1、AbortPolicy：直接抛出异常

2、CallerRunsPolicy：只用调用所在的线程运行任务

3、DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。

4、DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。

我们现在用第四种策略来处理上面的程序：

public static void main(String[] args)
    {
        LinkedBlockingQueue<Runnable> queue =
            new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3);
        RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();

        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue,handler);
        for (int i = 0; i < 9 ; i++)
        {
            threadPool.execute(
                new Thread(new ThreadPoolTest(), "Thread".concat(i + "")));
            System.out.println("线程池中活跃的线程数： " + threadPool.getPoolSize());
            if (queue.size() > 0)
            {
                System.out.println("----------------队列中阻塞的线程数" + queue.size());
            }
        }
        threadPool.shutdown();
    }

执行结果：

线程池中活跃的线程数： 1
线程池中活跃的线程数： 2
线程池中活跃的线程数： 2
----------------队列中阻塞的线程数1
线程池中活跃的线程数： 2
----------------队列中阻塞的线程数2
线程池中活跃的线程数： 2
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 3
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 4
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数3
线程池中活跃的线程数： 5
----------------队列中阻塞的线程数3

这里采用了丢弃策略后，就没有再抛出异常，而是直接丢弃。在某些重要的场景下，可以采用记录日志或者存储到数据库中，而不应该直接丢弃。

设置策略有两种方式：

1：

RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();
 ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue,handler);

2：

  ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue);
  threadPool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

JAVA线程池原理详解二

Executor框架的两级调度模型

在HotSpot VM的模型中，JAVA线程被一对一映射为本地操作系统线程。JAVA线程启动时会创建一个本地操作系统线程，当JAVA线程终止时，对应的操作系统线程也被销毁回收，而操作系统会调度所有线程并将它们分配给可用的CPU。

在上层，JAVA程序会将应用分解为多个任务，然后使用应用级的调度器（Executor）将这些任务映射成固定数量的线程；在底层，操作系统内核将这些线程映射到硬件处理器上。

Executor框架类图

在前面介绍的JAVA线程既是工作单元，也是执行机制。而在Executor框架中，我们将工作单元与执行机制分离开来。Runnable和Callable是工作单元（也就是俗称的任务），而执行机制由Executor来提供。这样一来Executor是基于生产者消费者模式的，提交任务的操作相当于生成者，执行任务的线程相当于消费者。

创建线程池的几种方式：

ThreadPoolExecutor、ThreadScheduledExecutor、ForkJoinPool

2、线程的生命周期，什么时候会出现僵死进程；

僵死进程是指子进程退出时，父进程并未对其发出的SIGCHLD信号进行适当处理，导致子进程停留在僵死状态等待其父进程为其收尸，这个状态下的子进程就是僵死进程。

3、说说线程安全问题，什么是线程安全，如何实现线程安全；

线程安全 - 如果线程执行过程中不会产生共享资源的冲突，则线程安全。

线程不安全 - 如果有多个线程同时在操作主内存中的变量，则线程不安全

实现线程安全的三种方式

1）互斥同步临界区：syncronized、ReentrantLock

信号量 semaphore

互斥量 mutex

2）非阻塞同步

CAS（

Compare And Swap）

3）无同步方案

可重入代码

使用Threadlocal 类来包装共享变量，做到每个线程有自己的copy

线程本地存储

参考：https://blog.youkuaiyun.com/jackieeecheng/article/details/69779824

4、创建线程池有哪几个核心参数？如何合理配置线程池的大小？

1）核心参数

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, // 核心线程数量大小

int maximumPoolSize, // 线程池最大容纳线程数

long keepAliveTime, // 线程空闲后的存活时长

TimeUnit unit,

//缓存异步任务的队列 //用来构造线程池里的worker线程

BlockingQueue<Runnable> workQueue,

ThreadFactory threadFactory,

//线程池任务满载后采取的任务拒绝策略

RejectedExecutionHandler handler)

2) 核心说明

1、当线程池中线程数量小于 corePoolSize 则创建线程，并处理请求。

2、当线程池中线程数量大于等于 corePoolSize 时，则把请求放入 workQueue 中,随着线程池

中的核心线程们不断执行任务，只要线程池中有空闲的核心线程，线程池就从 workQueue 中取

任务并处理。

3 、当 workQueue 已存满，放不下新任务时则新建非核心线程入池，并处理请求直到线程数目

达到 maximumPoolSize（最大线程数量设置值）。

4、如果线程池中线程数大于 maximumPoolSize 则使用 RejectedExecutionHandler 来进行任

务拒绝处理。

参考：http://gudong.name/2017/05/03/thread-pool-intro.html

3)线程池大小分配

线程池究竟设置多大要看你的线程池执行的什么任务了，CPU密集型、IO密集型、混合型，任

务类型不同，设置的方式也不一样。

任务一般分为：CPU密集型、IO密集型、混合型，对于不同类型的任务需要分配不同大小的线

程池。3.1）CPU密集型

尽量使用较小的线程池，一般Cpu核心数+1

3.2）IO密集型

方法一：可以使用较大的线程池，一般CPU核心数 * 2

方法二：（线程等待时间与线程CPU时间之比 + 1）* CPU数目

3.3）混合型

可以将任务分为CPU密集型和IO密集型，然后分别使用不同的线程池去处理，按情况而定

参考：https://www.cnblogs.com/cherish010/p/8334952.html

5、volatile、ThreadLocal的使用场景和原理；

volatile原理

volatile变量进行写操作时，JVM 会向处理器发送一条 Lock 前缀的指令，将这个变量所在缓

存行的数据写会到系统内存。

Lock 前缀指令实际上相当于一个内存屏障（也成内存栅栏），它确保指令重排序时不会把其

后面的指令排到内存屏障之前的位置，也不会把前面的指令排到内存屏障的后面；即在执行到内

存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成。

volatile的适用场景

1）状态标志,如：初始化或请求停机

2）一次性安全发布，如：单列模式

3）独立观察，如：定期更新某个值

4）“

volatile bean” 模式

5) 开销较低的“读－写锁”策略，如：计数器

参考：https://blog.youkuaiyun.com/hgc0907/article/details/79664102

参考：https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp06197.htmlThreadLocal原理

ThreadLocal是用来维护本线程的变量的，并不能解决共享变量的并发问题。ThreadLocal是

各线程将值存入该线程的map中，以ThreadLocal自身作为key，需要用时获得的是该线程之前

存入的值。如果存入的是共享变量，那取出的也是共享变量，并发问题还是存在的。

参考：https://www.jianshu.com/p/ee8c9dccc953

参考：https://blog.youkuaiyun.com/xlgen157387/article/details/78297568

ThreadLocal的适用场景

场景：数据库连接、Session管理、

参考：https://www.jianshu.com/p/cadd53f063b9

6、ThreadLocal什么时候会出现OOM的情况？为什么？

ThreadLocal变量是维护在Thread内部的，这样的话只要我们的线程不退出，对象的引用就会

一直存在。当线程退出时，Thread类会进行一些清理工作，其中就包含ThreadLocalMap，

Thread调用exit方法如下：ThreadLocal在没有线程池使用的情况下，正常情况下不会存在内存泄露，但是如果使用了线程

池的话，就依赖于线程池的实现，如果线程池不销毁线程的话，那么就会存在内存泄露。

参考：https://blog.youkuaiyun.com/xlgen157387/article/details/78297568

7、synchronized、volatile区别

1) volatile主要应用在多个线程对实例变量更改的场合，刷新主内存共享变量的值从而使得各个

线程可以获得最新的值，线程读取变量的值需要从主存中读取；synchronized则是锁定当前变

量，只有当前线程可以访问该变量，其他线程被阻塞住。另外，synchronized还会创建一个内

存屏障，内存屏障指令保证了所有CPU操作结果都会直接刷到主存中（即释放锁前），从而保证

了操作的内存可见性，同时也使得先获得这个锁的线程的所有操作

2) volatile仅能使用在变量级别；synchronized则可以使用在变量、方法、和类级别的。

volatile不会造成线程的阻塞；synchronized可能会造成线程的阻塞，比如多个线程争抢

synchronized锁对象时，会出现阻塞。

3) volatile仅能实现变量的修改可见性，不能保证原子性；而synchronized则可以保证变量的

修改可见性和原子性，因为线程获得锁才能进入临界区，从而保证临界区中的所有语句全部得到

执行。

4) volatile标记的变量不会被编译器优化，可以禁止进行指令重排；synchronized标记的变量

可以被编译器优化。

参考：https://blog.youkuaiyun.com/xiaoming100001/article/details/79781680

8、synchronized锁粒度、模拟死锁场景；synchronized：具有原子性，有序性和可见性

参考：https://www.jianshu.com/p/cf57726e77f2

粒度：对象锁、类锁

死锁场景，参考：https://blog.youkuaiyun.com/u013925989/article/details/50208839