JAVA面试常见问题之进程和线程篇

1、线程和进程的概念、并行和并发的概念

• 进程：计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体；在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。
• 线程：有时被称为轻量级进程(Lightweight Process，LWP），是程序执行流的最小单元。线程是程序中一个单一的顺序控制流程。进程内一个相对独立的、可调度的执行单元，是系统独立调度和分派CPU的基本单位指运行中的程序的调度单位。在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作，称为多线程。

• 并行：多个线程可以同时执行，每一个时间段，可以有多个线程同时执行。

• 并发：多个线程同时竞争一个位置，竞争到的才可以执行，每一个时间段只有一个线程在执行。

2、创建线程的方式及实现

创建线程的三种方式及实现代码：

1. 继承Thread类创建

public class MyThread extends Thread{//继承Thread类
　　public void run(){
　　//重写run方法
　　}
}

public class Main {
　　public static void main(String[] args){
　　　　new MyThread().start();//创建并启动线程
　　}
}

2. 实现Runnable接口创建

public class MyThread2 implements Runnable {//实现Runnable接口
　　public void run(){
　　//重写run方法
　　}
}

public class Main {
　　public static void main(String[] args){
　　　　//创建并启动线程
　　　　MyThread2 myThread=new MyThread2();
　　　　Thread thread=new Thread(myThread);
　　　　thread().start();
　　　　//或者    new Thread(new MyThread2()).start();
　　}
}

3. 使用Callable和Futura创建

3、进程间通信的方式

进程间的通信（IPC）常用方式管道（无名管道和命名管道）、消息队列、信号量、共享存储、套接字（Socket）及Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。

• 管道：
  • 无名管道：管道，通常指无名管道，是 UNIX 系统IPC最古老的形式。它是半双工的，具有固定的读端和写端。只能用于亲缘关系间的进程之间的通信。
  • FIFO：也称命名管道，它是一种文件类型。可以在无关的进程之间交换数据。有路径名与之相关联，它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。

• 消息队列：是消息的链接表，存放在内核中。一个消息队列由一个标识符（即队列ID）来标识。特点：
  • 消息队列是面向记录的，其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级。
  • 消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除。
  • 消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取。
• 信号量：是一个计数器。信号量用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据。特点：
  • 信号量用于进程间同步，若要在进程间传递数据需要结合共享内存。
  • 信号量基于操作系统的 PV 操作，程序对信号量的操作都是原子操作。
  • 每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1，而且可以加减任意正整数。
  • 支持信号量组。
• 共享存储：指两个或多个进程共享一个给定的存储区。特点：
  • 共享内存是最快的一种 IPC，因为进程是直接对内存进行存取。
  • 因为多个进程可以同时操作，所以需要进行同步。
  • 信号量+共享内存通常结合在一起使用，信号量用来同步对共享内存的访问。
• 总结：
  • 无名管道：速度慢，容量有限，只有父子进程能通讯
  • FIFO：任何进程间都能通讯，但速度慢
  • 消息队列：容量受到系统限制，且要注意第一次读的时候，要考虑上一次没有读完数据的问题
  • 信号量：不能传递复杂消息，只能用来同步
  • 共享内存区：能够很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一个进程在写的时候，另一个进程要注意读写的问题，相当于线程中的线程安全，当然，共享内存区同样可以用作线程间通讯，不过没这个必要，线程间本来就已经共享了同一进程内的一块内存

4、说说 CountDownLatch、CyclicBarrier 原理和区别

原理： 参考：https://blog.csdn.net/wantflydacheng/article/details/81664035

区别：

5、说说 Semaphore 工作原理，举例说明

Semaphore主要用于控制当前活动线程数目，就如同停车场系统一般，而Semaphore则相当于看守的人，用于控制总共允许停车的停车位的个数，而对于每辆车来说就如同一个线程，线程需要通过acquire()方法获取许可，而release()释放许可。如果许可数达到最大活动数，那么调用acquire()之后，便进入等待队列，等待已获得许可的线程释放许可，从而使得多线程能够合理的运行

6、说说 Exchanger 原理

Exchanger（交换者）是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点两个线程可以交换彼此的数据。这两个线程通过exchange方法交换数据， 如果第一个线程先执行exchange方法，它会一直等待第二个线程也执行exchange，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方。因此使用Exchanger的重点是成对的线程使用exchange()方法，当有一对线程达到了同步点，就会进行交换数据。因此该工具类的线程对象是成对的。
       Exchanger类提供了两个方法，String exchange(V x):用于交换，启动交换并等待另一个线程调用exchange；String exchange(V x,long timeout,TimeUnit unit)：用于交换，启动交换并等待另一个线程调用exchange，并且设置最大等待时间，当等待时间超过timeout便停止等待。
       参考：https://blog.csdn.net/carson0408/article/details/79477280

7、ThreadLocal 原理分析，ThreadLocal为什么会出现OOM，出现的深层次原理

• ThreadLocal是本地线程变量，用于保存某个线程的共享变量。方法包含get(),set(),remove(),initialValue()
• 不正当的使用ThreadLocal时候会出现OOM,线程池的一个线程使用完ThreadLocal对象之后，再也不用，由于线程池中的线程不会退出，线程池中的线程的存在，同时ThreadLocal变量也会存在，占用内存！造成OOM溢出！
• 出现OOM的深层次原理 参考：https://mp.weixin.qq.com/s/xqb1kUVtD82JuvlqWGV18w   第二部分  由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread一样长，如果没有手动删除对应key就会导致内存泄漏。使用线程池，线程不会被销毁，ThreadLocalMap也不会销毁，随着线程数量也来越多，ThreadLocalMap也会越来越多，占得内存越来越大，从而导致出现内存溢出。

8、讲讲线程池的实现原理

一个线程集合workerSet和一个阻塞队列workQueue。当用户向线程池提交一个任务(也就是线程)时，线程池会先将任务放入workQueue中。workerSet中的线程会不断的从workQueue中获取线程然后执行。当workQueue中没有任务的时候，worker就会阻塞，直到队  列中有任务了就取出来继续执行。

几个重要参数意义：

• corePoolSize: 规定线程池有几个线程(worker)在运行。
• maximumPoolSize: 当workQueue满了,不能添加任务的时候，这个参数才会生效。规定线程池最多只能有多少个线程(worker)在执行。
• keepAliveTime: 超出corePoolSize大小的那些线程的生存时间,这些线程如果长时间没有执行任务并且超过了keepAliveTime设定的时间，就会消亡。
• unit: 生存时间对于的单位
• workQueue: 存放任务的队列
• threadFactory: 创建线程的工厂
• handler: 当workQueue已经满了，并且线程池线程数已经达到maximumPoolSize，将执行拒绝策略。

9、线程池的几种实现方式

1. newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，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。
2. newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
3. newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
4. 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。

10、线程的生命周期，状态是如何转移的

生命周期： 新建(New)、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞(Blocked)和死亡(Dead)5种状态

状态转移：

1. 新建状态，当程序使用new关键字创建了一个线程之后，该线程就处于新建状态，此时仅由JVM为其分配内存，并初始化其成员变量的值

2. 就绪状态，当线程对象调用了start()方法之后，该线程处于就绪状态。Java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器，等待调度运行

3. 运行状态，如果处于就绪状态的线程获得了CPU，开始执行run()方法的线程执行体，则该线程处于运行状态

4. 阻塞状态，当处于运行状态的线程失去所占用资源之后，便进入阻塞状态

5. 在线程的生命周期当中，线程的各种状态的转换过程

参考：https://www.cnblogs.com/sunddenly/p/4106562.html

另有线程相关面试题：https://mp.weixin.qq.com/s/rW0H5oez1IfMOtaPBwWGoA（可能和上面的有重复）