java面试高并发实战场景 java 高并发面试

转载

轩辕 2023-08-30 16:42:22

文章标签 java面试高并发实战场景守护线程多线程死锁 文章分类 Java 后端开发

1：为什么要使用并发编程

充分利用多核Cpu的计算能力，通过并发编程的形式可以将多核CPU的计算能力发挥到极致，性能得到提升。
方便进行业务拆分，提升系统并发能力和性能：在特殊的业务场景下，先天的就适合于并发编程。现在的系统动不动就要求百万级甚至千万级的并发量，而多线程并发编程正式开发高并发系统的基础，利用好多线程机制可以大大提高系统整体的并发能力以及性能。面对复杂业务模型，并行程序会比串行程序更适应业务需求，而并发编程更能吻合这种业务拆分。

2：并发编程的三要素，在Java程序中怎么保证多线程的运行安全

原子性：原子，及一个不可再分割的颗粒，原子性值的一个或多个操作要么全部执行成功要么全部执行失败。
可见性：一个线程对共享变量的修改，另一个线程能够立刻看到。（synchronized，volatile）
有序性：程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。（处理器可能会对执行进行重排序）
出现线程安全问题的原因：
线程切换带来的原子性的问题解决方法：JDK Atomic开头的原子类，synchronized，LOCK可以解决原子性问题
缓存导致的可见性问题解决方法：synchronized，volatile，LOCK解决可见性问题
编译优化带来的有序性问题解决方法：Happens-Before规则可以解决有序性问题

3：并行和并发区别

并发：多个任务在同一个CPU核上，按细分的时间片轮流（交替）执行，从逻辑上来看那些任务是同时执行。
并行：单位时间内，多个处理器或多核处理器同时处理多个任务，是真正意义上的同时进行。
串行：有n个任务，有一个线程按顺序执行，由于任务，方法都在一个线程执行所以不存在线程不安全情况，也就不存在临界区的问题。
并发 = 两个队列和一台咖啡机
并行 = 两个对列和两台咖啡机
串行 = 一个队列和一台咖啡机

4：多线程的劣势

多线程是指程序中包含多个执行流，即在一个程序中同时运行多个不同的线程来执行不同的任务。
多线程的好处：可以提高CPU的利用率，在多线程程序中，一个线程必须等待的时候，CPU可以运行其他的线程而不是等待，这样就大大提高了程序的效率。也就是说允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务。
多线程的劣势：
线程也是程序，所以程序需要占用内存，线程越多占用内存也越多。
多线程需要协调和管理，所以需要CPU时间跟踪线程。
线程之间对共享资源的访问会相互影响，必须解决竞用共享资源的问题。

5：线程和进程

进程：一个在内存中运行的应用程序，每个进程都有自己独立的一块内存空间，一个进程可以有多个线程，比如在Windows系统，一个运行的xx.exe就是一个进程。
线程：进程中的一个执行任务（控制单元），负责当前进程中程序的执行，一个进程至少有一个进程，一个进行可以运行多个线程，多个线程可共享数据。
进程和线程的区别：
线程具有许多传统进程所具有的特征，故又称为轻型进程或进程元；而把传统的进程称为重型进程，它相当于只有一个线程的任务，在引入了线程的操作系统中，通常一个进程都有若干个线程，至少包含有给线程。
根本区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是处理器任务调度和执行的基本单位。
资源开销：每个进程都有独立的代码和数据空间（程序上下文），程序之间的切换会有较大的开销；线程可以看做轻量级的进程，同一类进程共享代码和数据空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计算器（PC），线程之间切换的开销小。
包含关系：如果一个进程内有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线（线程）共同完成的，线程是进程的一部分，所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。
内存分配：同一进程的线程共享本进程的地址空间和资源，而进程之间的地址空间和资源是相互独立的
影响关系：一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都死掉，所以多进程要比多线程健壮。
执行过程：每个独立的进行有程序运行的入口，顺序执行序列和程序出口，但是线程不能独立执行，必须依存在应用线程中，由应用程序提供多个线程执行控制，两个均可并发执行。

6：上下文切换

多线程编程中一般线程的大哥都大于CPU核心的个数，而一个cpu核心在任意时刻只能被一个线程使用，为了让这些咸亨都能得到有效执行，CPU采取的策略是为每个线程分配时间片并轮转的形式，当一个线程的时间片用完的时候就会重新处于就绪状态让给其他线程使用，这个过程就属于一次上下文切换。
概括来说就是：当前任务在执行完CPU时间片切换到另一个任务之前先保存自己的状态，以便下次再次换回这个任务时，可以再加载这个任务的状态。任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换。
上下文切换通常是计算密集型的，也就是说，它需要相当可观的处理器时间，在每秒几十上百次的切换中，每次切换都需要纳秒量级的时间，所以，上下文切换对系统来说意味着消耗大量的CPU时间，事实上，可能是操作系统中时间消耗最大的操作
Linux相比与其他操作系统（包括其他类Unix系统）有很多的优点，其中有一项就是，其上下文切换和模式切换的时间消耗非常少。

7、守护线程和用户线程

用户线程：运行在前台，执行具体的任务，如程序的主线程，连接网络的子线程都是用户线程。
守护线程：运行在前台，为其它前台线程服务，一旦所有用户线程都结束运行，守护线程会随JVM一起结束工作。
main函数所在的线程就是一个用户线程，main函数启动的同时在JVM内部同时还启动了好多守护线程，比如垃圾回收线程。
比较明显的区别之一就是用户线程结束，JVM退出，不管这个时候有没有守护线程运行，而守护线程不会影响JVM的退出。
注意事项：
setDaemon（true）必须在start()方法前执行，否则会抛出IllegalThreadStateException异常
在守护线程中产生的新线程也是守护线程。
不是所有的任务都可以分配给守护线程来执行，比如读写操作或者疾患逻辑。
守护（Daemon）线程中不能依靠finally块的内容来确保执行关闭或清理资源的逻辑。因为所有用户线程都结束运行，守护线程会随JVM一起结束工作，所以守护线程中的finally语句块可能无法被执行。

8、线程死锁

死锁是指两个或两个以上的进程（线程）在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的线程，若无外力作用，它们都将无法推进下去，此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待进程（线程）称为死锁进程（线程）
多个线程同时被阻塞，他们中的一个或者都在等待某个资源被释放，由于线程被无限期地阻塞，因此程序不能正常终止。
如下图所示，线程 A 持有资源 2，线程 B 持有资源 1，他们同时都想申请对方的资源，所以这两个线程就会互相等待而进入死锁状态。

java面试高并发实战场景 java 高并发面试_死锁