volatile
关键字在Java
中的作用包括:
volatile
变量的单次读/写操作是原子的,但复合操作(如i++
)不是原子的。synchronized
关键字在Java
中的作用及其工作原理:
synchronized
提供了一种锁机制,能够确保同一时刻只有一个线程执行某段代码。JVM
中,synchronized
可能经历偏向锁、轻量级锁和重量级锁的升级。CAS(Compare-And-Swap)
操作在Java
中的含义及无锁编程实现:
CAS
是一种基于比较和交换的原子操作,用于实现无锁编程。ABA
问题: CAS
可能面临ABA
问题,可以通过版本号等机制解决。Java
中的Lock
接口及其与synchronized
的区别:
Lock
是一个接口,提供了比synchronized
更灵活的锁定机制。Lock
允许尝试非阻塞地获取锁,或者在锁定期间响应中断。Lock
提供了选择公平锁或非公平锁的能力。Lock
和synchronized
的性能表现有所不同。线程池及其在Java
中的使用:
Executor
框架中的Executors
类创建,例如Executors.newFixedThreadPool()
。Runnable
或Callable
接口的任务提交给线程池执行。Java
内存模型中的happens-before
原则:
volatile
变量的写操作,happens-before
于随后对这个变量的读操作。Java
中synchronized
和ReentrantLock
的区别主要体现在以下几个方面:
synchronized
是Java
内置的关键字,JVM
层面实现;ReentrantLock
是Java
类库中的一个API
。synchronized
不保证公平性;而ReentrantLock
可以通过构造函数设置公平性。ReentrantLock
提供更灵活的锁操作,它支持中断锁的获取、超时获取锁等高级功能。ReentrantLock
可以与Condition
类配合,实现分组唤醒等复杂的线程协作。volatile
关键字在Java
中的作用包括:
volatile
修饰后,它会确保线程对这个变量的读写都是直接操作内存,而不是缓存。volatile
还可以防止指令重排序,保证程序的执行顺序。CAS(Compare-And-Swap)
操作在Java
中是一种重要的并发原语,其工作机制如下:
CAS
操作包含三个操作数——内存位置(V
)、预期原值(A
)和新值(B
)。如果内存位置的值与预期原值相同,那么处理器会自动将该位置值更新为新值。CAS
提供了一种无锁操作的方式,可以在不使用传统锁的情况下实现线程安全。ABA
问题: CAS
操作可能会遇到ABA
问题,即值原来是A
,变成了B
,后又变回A
,CAS
会误认为值没有改变。CountDownLatch
和CyclicBarrier
在Java
中的区别包括:
CountDownLatch
主要用于一个或多个线程等待其他线程完成操作;而CyclicBarrier
主要用于多个线程间相互等待,直到所有线程都达到公共屏障点。CountDownLatch
是一次性的,计数器达到零后不能重置;CyclicBarrier
可以重置,因此可以重复使用。CountDownLatch
主要用countDown()
和await()
方法;CyclicBarrier
主要通过await()
方法使线程在屏障处等待。在Java
程序中正确停止一个线程的方法:
interrupt()
方法来设置线程的中断状态;线程需要定期检查自身的中断状态,并相应地响应中断。stop()
方法: 不建议使用Thread
类的stop()
方法来停止线程,因为它是不安全的。线程池在Java
中的作用及其效率提升机制:
ThreadLocal
在Java
中的作用及使用场景:
ThreadLocal
提供线程局部变量,这种变量在每个线程中都是独立的,一个线程对ThreadLocal
变量的修改不会影响其他线程。Web
应用中存储用户的会话信息、数据库连接等。CountDownLatch
在Java
中的用途和解释:
CountDownLatch
是一个同步辅助类,用于在完成一组正在其他线程中执行的操作之前,允许一个或多个线程等待。countDown()
方法会减少计数器,而await()
方法会阻塞,直到计数器为零。CyclicBarrier
的定义及与CountDownLatch
的区别:
CyclicBarrier
是一个同步辅助类,它允许一组线程相互等待,直到所有线程都达到了公共屏障点(Barrier
)。CyclicBarrier
与CountDownLatch
的一个主要区别是它可以重用,当所有等待线程都释放后,可以重置屏障再次使用。CyclicBarrier
通常用于一组线程互相等待至某个状态之后再全部同时执行。CyclicBarrier
可以在所有线程到达屏障时优先执行一个预定义的动作。Semaphore
在Java
中的解释及主要用途:
Semaphore
是一个计数信号量,用来控制同时访问某个特定资源的操作数量,主要用于实现资源的并发限制。acquire()
方法获取一个许可,如果无可用许可,acquire()
将会阻塞直到有许可;release()
方法释放许可。在Java
中实现线程安全终止的方法:
interrupt()
方法设置线程的中断状态,线程可以定期检查这个状态并优雅地关闭自己。Future.cancel()
: 如果线程是通过ExecutorService
提交的,可以使用Future.cancel()
方法来安全地终止线程。ReentrantLock
与synchronized
在Java
中的不同点:
ReentrantLock
提供比synchronized
更多的灵活性,可以尝试非阻塞地获取锁、获取可中断锁,以及超时尝试锁。ReentrantLock
可以配置为公平锁,而synchronized
总是非公平的。ReentrantLock
提供Condition
类,可以分开管理不同的等待线程集。ReentrantLock
可以查询锁是否被持有。ReadWriteLock
在Java
中的定义及性能提升方式:
ReadWriteLock
维护了一对相关的锁 —— 一个用于只读操作的共享锁和一个用于写操作的排他锁。ReadWriteLock
可以提高程序性能,因为它允许多个线程同时读取数据,而不是像synchronized
那样互斥访问。ThreadLocal
在Java
中的定义及工作原理:
ThreadLocal
用于创建线程局部变量,每个访问该变量的线程都有一个独立初始化的副本。ThreadLocal
为每个线程提供独立的变量副本,实现线程间数据的隔离。remove()
方法清理资源。在Java
并发编程中,synchronized
和volatile
关键字的不同用途:
synchronized
: 提供互斥锁功能,确保只有一个线程可以执行某段代码,主要用于实现线程间的同步和防止竞争条件。volatile
: 保证变量的内存可见性,确保一个线程修改的变量值对其他线程立即可见,用于轻量级的同步场景,但不解决原子性问题。Thread.join()
方法在Java
中的作用:
join()
方法允许一个线程等待另一个线程完成其执行。join()
可以确保程序中线程的执行顺序。调用线程将会在join()
调用的线程完成执行后继续执行。在Java
中使用wait()
和notify()
方法的方式:
wait()
: 调用wait()
使当前线程等待,直到其他线程调用此对象的notify()
或notifyAll()
方法。notify()
: 唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。wait()
和notify()
必须在同步块或同步方法内部使用。wait()
会释放锁,而notify()
不会释放锁。Java
并发编程中的Exchanger
:
Exchanger
是一个用于线程间协作的工具类,用于进行线程间的数据交换。Java
中的StampedLock
的特点:
StampedLock
提供了一种读写锁的实现。在Java
并发编程中使用Future
和Callable
的好处:
Callable
代表一个有返回值的任务,Future
可以用来获取这个任务的结果,实现异步执行。Future.get()
方法用来获取Callable
任务的执行结果。Future.get()
会抛出执行中的异常,方便异常处理。Future.get()
方法提供了超时控制的机制,防止无限等待。Java
中Thread
类和Runnable
接口的区别:
Thread
是一个类,继承它需要使用extends
关键字;Runnable
是一个接口,实现它需要使用implements
关键字。Java
不支持多重继承。如果一个类已经继承了其他类,就不能再继承Thread
,但它可以实现Runnable
接口。Runnable
接口的方式更适合多个线程共享同一资源的情况。Java
内存模型(JMM
)及其对并发编程的影响:
JMM
定义了线程如何和何时可以看到其他线程写入的共享变量的值,关键字如volatile
在此起作用。JMM
定义了哪些操作是原子性的,即不可分割的。JMM
通过happens-before
原则,定义了一个线程对共享数据的写入何时对其他线程可见。Java
中的Executor
框架及其优点:
Executor
框架通过提供线程池管理机制,简化了线程的创建和分配。Executor
框架提供了灵活的线程调度和执行控制机制。在Java
并发编程中保证操作的原子性的方法:
synchronized
关键字: 通过同步代码块或方法来保证操作的原子性。Lock
接口: 使用ReentrantLock
等锁实现提供的锁机制。java.util.concurrent.atomic
包中的原子变量类。Java
中的并发集合类及其线程安全实现:
ConcurrentHashMap
: 使用分段锁技术提高并发访问效率。CopyOnWriteArrayList
: 写操作时复制数据,读操作无锁,适用于读多写少的场景。BlockingQueue
: 提供阻塞的插入和移除方法,用于生产者消费者模式。Java
中的死锁及其避免方法:
在Java
中使用wait()
和notify()
方法:
wait()
: 调用该方法的线程释放锁并进入等待状态,直到其他线程调用同一对象的notify()
或notifyAll()
notify()/notifyAll()
: 唤醒在该对象上等待的单个线程(notify()
)或所有线程(notifyAll()
)。wait()
和notify()
必须在同步块或同步方法内部调用。Java
中的AQS
(AbstractQueuedSynchronizer
)及其工作原理:
AQS
定义: AQS
是一个用于构建锁和同步器的框架,提供了一个基于FIFO
队列的完整的阻塞锁实现。AQS
内部维护一个状态变量来表示同步状态。AQS
支持两种同步模式:独占模式和共享模式。Java
中的Fork/Join
框架及其工作原理:
Fork/Join
框架是Java 7
引入的一种并行执行任务的框架,主要用于递归任务和大数据集的处理。fork
)成小任务,再并行执行这些任务,最后将小任务结果合并(join
)成大任务结果。Java
中的阻塞队列及其在并发编程中的应用:
Java
中的AQS
(AbstractQueuedSynchronizer
):
AQS
是提供了一套用于开发锁和同步器的框架,它利用了一个int成员变量表示同步状态,以及一个FIFO
队列来管理线程。AQS
是实现锁和其他同步组件的基础,例如ReentrantLock, Semaphores, CountDownLatch
等。Java
中的并发集合类及其优势:
ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList
等。Java
中的ThreadLocalRandom
及其解决的问题:
ThreadLocalRandom
是Java
并发包中的一个用于生成随机数的类,它是对java.util.Random
的改进。Random
实例时可能出现的竞争条件问题,提高了性能。Java
并发编程中的SynchronousQueue
:
SynchronousQueue
是一个没有存储空间的阻塞队列,每一个put
操作必须等待一个take
操作,反之亦然。Java
中的CompletableFuture
及其优势:
CompletableFuture
是Java 8
引入的一个类,用于编写异步代码。lambda
表达式轻松管理异步任务。Java
并发编程中的Phaser
及其与CyclicBarrier
和CountDownLatch
的区别:
Phaser
: 一个可重用的同步屏障,与CyclicBarrier
类似,但提供更灵活的控制。支持动态地增加或减少线程。CyclicBarrier vs Phaser
: CyclicBarrier
用于固定数量的线程等待彼此,而Phaser
可以适应动态数量的线程。CountDownLatch vs Phaser
: CountDownLatch
是一次性的,用于一个或多个线程等待其他线程完成操作,而Phaser
可以在多个阶段重用。Java
中的Executor框架:
Executor
框架是Java 5
中引入的一种基于线程池的解决方案,用于管理线程资源,提高线程的管理效率和性能。Executor
接口及其子接口ExecutorService
,以及各种实现类,如ThreadPoolExecutor
和ScheduledThreadPoolExecutor
。Java
中的LockSupport
及其工作原理:
LockSupport
是一个提供线程阻塞和唤醒的工具类,它是构建锁和其他同步类的基础。park()
和unpark()
方法,park()
用于阻塞线程,unpark()
用于唤醒指定线程。CopyOnWriteArrayList
与Vector
在Java
并发中的不同点:
CopyOnWriteArrayList
: 在进行修改操作(添加、删除等)时,它会先复制一个新的数组,然后在新数组上修改,修改完毕后,再将原数组引用指向新数组。Vector
: 所有操作几乎都是同步的,使用synchronized
关键字,每个操作都是线程安全的,但在高并发环境下性能较低。线程饥饿及其预防方法在Java
中的定义:
CPU
时间片或锁,导致无法正常执行。Thread.yield()
方法在Java
中的作用:
yield()
是一种静态方法,用于提示线程调度器当前线程愿意放弃其当前的时间片。Java
中的原子类及其用途:
AtomicInteger, AtomicLong, AtomicBoolean
等。Java
中synchronized
关键字的工作原理:
synchronized
用于方法或代码块,当线程进入synchronized
标记的方法或代码块时,它会自动获取锁,并在退出时释放锁。synchronized
使用对象内部的锁(也称为监视器锁)来实现同步。Java
中StampedLock
与ReadWriteLock
的区别:
StampedLock
: StampedLock
是Java 8
引入的,提供了三种模式的读写控制:写锁、悲观读锁和乐观读。ReadWriteLock
: ReadWriteLock
是传统的读写锁,提供了两种模式:读锁和写锁。StampedLock
支持乐观读模式,这是ReadWriteLock
不支持的。StampedLock
允许锁的降级和升级,而ReadWriteLock
则不支持。正确使用Java
中的wait
和notify
机制:
wait
: 应该在循环中调用wait
方法,以避免虚假唤醒。wait
和notify
必须在同步块或方法中使用。wait
和notify
时,必须确保线程持有正确对象的锁。notifyAll vs notify
: 通常优先使用notifyAll
,以唤醒所有等待线程,避免死锁。Java
并发编程中的LockSupport
类:
LockSupport
提供工具,用于挂起和恢复线程,不需要同步块。park
和unpark
: park()
用于挂起线程,unpark(Thread thread)
用于恢复线程。LockSupport
的操作不依赖于锁或条件变量,提供更灵活的线程控制。线程饥饿和线程活锁:
CPU
时间执行任务时发生,通常是由于线程优先级不当或者长时间持有资源导致。Future
与CompletableFuture
的区别:
Future
: Future
提供了对异步操作结果的引用,但它不允许直接对这些结果进行操作。CompletableFuture
: CompletableFuture
是Java 8
中引入的,它实现了Future
和CompletionStage
接口,提供了方法链和组合式异步编程的能力。CompletableFuture
提供了丰富的方法,如thenApply、thenCombine
等,使得异步编程更灵活。Java
中的Semaphore
及其使用场景:
Semaphore
: Semaphore
是一个计数信号量,用于控制同时访问特定资源的线程数量。Java
中的CountDownLatch
及其使用:
CountDownLatch
: 一个同步辅助工具类,允许一个或多个线程等待直到在其他线程中进行的一组操作完成。CountDownLatch
指定计数。await()
。countDown()
,计数器减一。