【Java面试篇】并发编程_java并发编程面试

java集合由两个接口实现，Collection接口用于存放单一元素，Map接口用于存放键值对。

1.Hashtable & HashMap & ConcurrentHashMap

HashMap：

• JDK1.7之前：底层采用数组+链表的方式实现，链表是为了解决hash冲突。当多线程运行环境下扩容容易导致链表死循环，因为采用了头插法。
  参考博客
• JDK1.8及之后：底层采用了数组+链表+红黑树的方式实现，采用尾插法，解决了链表死循环的问题。当数组长度不到64时，会先对数组进行扩容。之后如果链表的大小超过8，就很转换为红黑树。
• 线程不安全

Hashtable:

底层采用了数组+链表，但是内部方法使用了synchronized关键字修饰，是线程安全的。但是由于一个线程访问的时候其他线程无法访问，效率比HashMap低。

ConcurrentHashMap:

JDK1.7之前：使用数组+链表实现，线程安全，使用Segment分段锁的方式，将数组分成一段一段的，当a段加锁时b段还能被其他线程访问。

JDK1.8及之后：数组+链表+红黑树，丢弃分段锁，使用CAS+Sychronized实现并发安全性。锁的粒度更小。

参考链接

2.进程与线程
进程是程序执行的一次过程，是动态的。而线程是比进程更小的执行单位，是cpu运行的基本单位。

• 存储：线程共享同一进程的堆(存放新建的对象)和方法区(存放已被加载的类信息、常量、静态变量等)。
  但是每个线程有自己的程序计数器(指向要执行的指令地址）以及虚拟机栈和本地方法栈（存放局部变量）。
• 线程死锁

条件：
1.请求并保持条件：一个线程因获取资源而阻塞时，对已获取的资源保持不放。
2.不可剥夺条件：线程自己获得的资源在没使用完自己其他线程不可强行剥夺，只有自己使用完才释放资源
3.互斥条件：该资源任何时刻只能由一个线程占用。
4.循环等待条件：若干线程形成一种头尾相接的环形等待资源关系。

预防死锁：
1.破坏请求并保持：一次性申请所有资源
2.破坏不可剥夺条件： 一个线程获取部分资源后继续获取其他资源，如果申请不到，可以释放它所占用的资源。

• 线程生命周期和状态：

1.NEW: 初始状态，线程被创建出来但没有被调用 start() 。
2.RUNNABLE: 运行状态，线程被调用了 start()等待运行的状态。
3.BLOCKED：阻塞状态，需要等待锁释放。4.WAITING：等待状态，表示该线程需要等待其他线程做出一些特定动作（通知或中断）。5.TIME_WAITING：超时等待状态，可以在指定的时间后自行返回而不是像 WAITING 那样一直等待。
6.TERMINATED：终止状态，表示该线程已经运行完毕

3.可以直接调用Thread类的run方法吗？
最好不要，因为只有调用start（）方法才会启动一个线程然后等时间片到的时候运行run()方法的内容。而直接调用run方法会把它当成是main程序下的一个普通方法执行。

4.volatile关键字
保证变量的可见性、禁止指令重排（插入内存屏障）。但是无法保证变量的原子性。使用volatile关键字的变量，线程读取的时候会从共享内存中读取，改写关键字后会同步刷新到共享内存。

5.乐观锁与悲观锁

• 乐观锁假设每次访问共享资源的时候都不会出现问题，而悲观锁则相反
• 乐观锁的实现有版本控制和cas算法。
  1.版本控制在每次修改之前都会读取版本号，当线程对资源操作完后如果版本号和之前一致就让版本号加一，同时同步数据。
  2.CAS则是将一个预期值与要更新的变量值进行比较，两者相等时就进行修改。只对单个共享变量有效。

存在的问题：
1.ABA问题：在A被修改为B之后可能修改为A，但是线程可能认为没有被修改。解决办法：加上时间戳或者版本号。
2.循环时间开销大：CAS会使用自旋操作进行不断重试。

6.synchronized

• 使用：
  1.同步代码块：将所需要同步的代码块包裹起来
  2.同步实例方法：在方法声明的时候使用该关键字，调用该方法会自动获取该方法所属对象的锁。
  3.同步静态方法：调用该方法的时候会自动获取该方法所属类的锁。
• 原理：
  在修饰同步代码块的时候，monitorenter指向开始位置，monitorexit指向结束位置。
  在修饰方法的时候，jvm采用ACC_SYNCHRONIZED标记符实现同步。不过两者的本质都是对对象监视器 monitor 的获取。

monitorenter，在判断拥有同步标识ACC_SYNCHRONIZED时会抢先进入线程，拥有Minitor的owner，计数器+1，执行完后计数器-1归0，被其他线程获得。

7.ReentrantLock和Synchronized的区别

• 可重入性：两者皆可
• 获取锁的方式：ReetrantLock需要显示获取和释放锁，而Synchronized则是隐式完成，在进入代码块的时候自动获取锁，在退出代码块的时候自动释放锁。
• 锁的公平性：ReentrantLock可以作为公平或非公平锁使用。而synchronized是非公平锁
• 可中断性：synchronized在获取锁的时候不可以中断，而ReentrantLock提供了可中断的锁的获取方式。

8.ThreadLocal
原理：每个线程都有一个ThreadLocalMap用来存储线程局部变量。当使用set方法时，会先获取线程的ThreadLocalMap对象，然后依据ThreadLocal计算出键值对存放的索引位置。
内存泄漏：ThreadLocal作为key是弱引用，而value是强引用。当线程不引用ThreadLocal时，ThreadLocal被回收，key为null，而value永远无法被GC回收，就会存在内存泄漏问题。

9.AQS
是一个抽象类，主要用来构建锁和同步器。如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制 AQS 是用 CLH 队列锁 实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。
CLH队列是双向队列，每个节点代表一个线程，其中有一个volatile关键字state（资源）表示同步状态，通过CAS更改。
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