Java面试题系列 - 第13天

题目：Java中的多线程与线程安全

背景说明：多线程是Java中一个关键的概念，它允许在单个程序中同时执行多个任务，极大提高了程序的效率和响应性。然而，多线程编程也带来了线程安全问题，如果不妥善处理，会导致数据不一致、死锁等严重错误。

问题要求：

1. 解释Java中线程的基本概念和创建方式。
2. 描述线程同步的机制，包括synchronized关键字和ReentrantLock的使用。
3. 讨论线程安全的集合类，如ConcurrentHashMap和CopyOnWriteArrayList。
4. 分析如何避免和解决死锁问题。

答案批注：

1. Java中线程的基本概念和创建方式：线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，它是进程内的一个执行实体。在Java中，可以通过继承Thread类或实现Runnable接口来创建线程。例如：

   Java

   浅色版本

   1// 继承Thread类
   2class MyThread extends Thread {
   3    public void run() {
   4        // 线程执行的代码
   5    }
   6}
   7
   8// 实现Runnable接口
   9class MyRunnable implements Runnable {
   10    public void run() {
   11        // 线程执行的代码
   12    }
   13}
   

2. 线程同步的机制：线程同步是为了防止多个线程同时访问共享资源而导致的数据不一致问题。Java提供了多种线程同步机制：

   • synchronized关键字：可以用于方法或代码块，确保同一时刻只有一个线程可以执行被同步的代码。例如：
     Java

     浅色版本

     1public synchronized void someMethod() {
     2    // 同步代码
     3}
     

   • ReentrantLock：是一个更灵活的锁，提供了比synchronized更丰富的功能，如公平锁、可中断的等待等。使用示例：
     Java

     浅色版本

     1private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
     2
     3public void someMethod() {
     4    lock.lock();
     5    try {
     6        // 临界区代码
     7    } finally {
     8        lock.unlock();
     9    }
     10}
     

3. 线程安全的集合类：Java集合框架中提供了线程安全的集合类，用于多线程环境中的数据操作：

   • ConcurrentHashMap：线程安全的散列表，提供了高并发下的读写操作。
   • CopyOnWriteArrayList：线程安全的列表，通过写时复制（Copy-On-Write）策略实现线程安全。

4. 避免和解决死锁问题：死锁发生在两个或更多的线程互相等待对方持有的锁时。避免死锁的方法包括：

   • 锁顺序：确保所有线程按照相同的顺序获取锁。
   • 超时和尝试锁：使用tryLock方法尝试获取锁，如果在指定时间内无法获取，则放弃。
   • 锁分解：尽可能减小锁的范围，避免不必要的长锁持有时间。
   • 死锁检测和恢复：在某些情况下，可以实现死锁检测算法，一旦检测到死锁，采取措施如中断线程或释放锁来恢复。

深入理解多线程编程和线程安全机制，可以帮助开发者避免常见的并发问题，设计出高效、稳定的多线程应用。