Java并发编程实战（八）

1、守护线程和本地线程的区别？

守护线程(Daemon Thread)是JVM中的一种特殊线程，它的主要作用是监控JVM的状态，当JVM中的其他线程结束时，会自动退出。而本地线程(Native Thread)是指在应用程序中创建的线程，它们是由操作系统分配和管理的。

2、线程与进程的区别？

线程是进程中的一个执行单元，每个进程可以包含多个线程，这些线程共享进程的资源。进程是系统进行资源分配和调度的基本单位，每个进程都有自己的内存空间、文件描述符等系统资源。

3、什么是多线程中的上下文切换？

多线程中的上下文切换是指当一个线程正在执行时，需要切换到另一个线程进行执行时，需要保存当前线程的所有状态，包括程序计数器、寄存器等，然后再加载新的线程的状态，最后切换到新的线程进行执行。

4、死锁与活锁的区别，死锁与饥饿的区别？

死锁是指两个或多个线程相互等待对方释放资源而导致的一种阻塞情况。活锁是指多个线程在竞争有限的资源时，由于互相等待导致所有线程都无法继续执行的情况。饥饿是指某个线程一直在等待获取资源，但一直没有得到满足，导致该线程无法继续执行。

5、什么是线程组，为什么在 Java 中不推荐使用？

线程组(Thread Group)是Java中用于管理线程的机制，可以将一组线程组织在一起，方便管理和控制。但是在Java中不推荐使用线程组，因为Java中的线程都是轻量级的，可以通过Thread类的构造函数来创建，不需要通过线程组来进行管理。

6、为什么使用Executor框架？

Executor框架提供了一种高效的方式来管理线程池，可以在运行时动态地创建和销毁线程，避免了在代码中显式地创建和销毁线程的繁琐过程。同时，Executor框架还提供了一些高级的功能，如线程池的参数配置、线程池的并发度控制等，使得开发者可以更加方便地管理线程。

7、在 Java 中 Executor 和 Executors 的区别？

Executor是一个接口，定义了线程池的基本操作方法，而Executors是一个工具类，提供了一些常用的线程池实现，如FixedThreadPool、CachedThreadPool、SingleThreadExecutor等。使用Executors可以简化线程池的创建和管理过程，提高代码的可读性和可维护性。

8、在 Java Concurrency API 中有哪些原子类(atomic classes)？

Java Concurrency API中提供了一些原子类，如AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference等，它们可以保证线程安全，避免了数据竞争的问题。这些原子类的操作都是不可中断的，即要么全部完成，要么全部失败，不会出现中间状态。

9、什么是原子操作？在 Java Concurrency API 中有哪些原子类(atomic classes)?

原子操作是指对数据进行修改时，不会被其他线程干扰，保证数据的一致性和完整性。在Java Concurrency API中，提供了一些原子类，如AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference等，它们可以保证线程安全，避免了数据竞争的问题。

10、Java Concurrency API 中的 Lock 接口(Lock interface)是什么？对比同步它有什么优势？

Lock接口是一种可重入的互斥锁，它可以防止多个线程同时访问共享资源，从而保证数据的一致性和完整性。相比于同步块，Lock接口具有以下优势：

1. 支持公平锁和非公平锁，可以根据具体的需求选择不同的锁类型；
2. 支持可重入锁，同一个线程可以多次获得锁，提高了并发性能；
3. 支持超时锁和递归锁，可以更灵活地控制锁的释放；
4. 支持锁的公平性和非公平性，可以根据具体的需求选择不同的锁策略。

11、Executors 框架是一个用于执行并发任务的工具类，它提供了一些方法来创建和管理线程池和线程。

import java.util.concurrent.*;

public class Main {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
      Runnable task = new Task(i);
      executor.execute(task);
    }
    executor.shutdown();
  }
}

class Task implements Runnable {
  private int id;

  public Task(int id) {
    this.id = id;
  }

  @Override
  public void run() {
    System.out.println("Task " + id + " is running");
  }
}

12、阻塞队列是一种数据结构，它可以存储元素并且在队列满时阻塞等待新的元素插入。阻塞队列的实现原理是使用一个数组和两个指针：head和tail,head指向队列头部，tail指向队列尾部。当队列满时，新元素无法被添加到队列中，此时需要将tail指针向后移动一位，并将head指针重新指向队列头部，然后再尝试添加新元素。

import java.util.concurrent.*;

public class Main {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    ArrayBlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<>(10);
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
      queue.add(i);
    }
    while (!queue.isEmpty()) {
      int x = queue.take();
      System.out.println("Taked element: " + x);
    }
  }
}

13、Callable 和 Future 是 Java 并发编程中的两个重要概念。Callable 接口表示一个可调用的任务，它接受一个参数并返回一个结果。Future 接口表示一个异步计算的结果，它可以获取计算的结果或者抛出异常。

import java.util.concurrent.*;

public class Main {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
    Callable<Integer> task = () -> {
      return 42;
    };
    Future<Integer> future = executor.submit(task);
    try {
      int result = future.get();
      System.out.println("Result: " + result);
    } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
      e.printStackTrace();
    }
    executor.shutdown();
  }
}

14、FutureTask 是 ExecutorService 的一个子类，它封装了 Callable 对象，并提供了一些额外的方法来方便地启动和停止任务。使用 ExecutorService 启动任务时，可以使用 submit() 方法来提交 Callable 对象，并指定任务的执行器。

import java.util.concurrent.*;

public class Main {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
    FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(() -> {
      return 42;
    });
    executor.submit(futureTask);
    try {
      int result = futureTask.get();
      System.out.println("Result: " + result);
    } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
      e.printStackTrace();
    }
    executor.shutdown();
  }
}

15、并发容器是 Java 并发编程中的一种解决方案，它提供了一些线程池和任务队列等工具来支持并发编程。常见的并发容器包括 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList、ConcurrentLinkedQueue 等。

import java.util.concurrent.*;

public class Main {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    ConcurrentHashMap<Integer, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
    map.put(1, "one");
    map.put(2, "two");
    map.put(3, "three");
    for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
      System.out.println("Key: " + entry.getKey() + ", Value: " + entry.getValue());
    }
  }
}

16、多线程同步和互斥有多种实现方法，都是什么？

• synchronized:使用 synchronized 关键字可以保证同一时刻只有一个线程能够访问共享资源，它是最基本的同步机制。
• ReentrantLock:ReentrantLock 是 Java 提供的一种可重入锁，它允许多个线程同时持有锁，但是在任意时刻只有一个线程能够获得锁。
• Semaphore:Semaphore 是一种计数信号量，它允许多个线程同时请求资源，但是在任意时刻只有一个线程能够获得资源。
• CountDownLatch:CountDownLatch 是一种倒计时锁，它允许多个线程等待某个事件的发生，一旦事件发生，所有线程都会被唤醒。
• CyclicBarrier:CyclicBarrier 是一种循环屏障，它允许多个线程等待彼此的到来，一旦所有线程都到达，它们就可以继续执行。

17、什么是竞争条件？你怎样发现和解决竞争？

竞争条件是指多个线程同时访问共享资源时，可能会导致数据的不一致性或死锁等问题。为了避免竞争条件的出现，我们可以采用以下几种方式：

• 加锁：使用 synchronized 关键字或者 Lock 接口对共享资源进行加锁，确保同一时刻只有一个线程能够访问共享资源。
• 原子操作：使用原子操作代替非原子操作，例如使用 AtomicInteger 代替 int 类型的变量，这样可以避免多个线程同时修改同一个变量导致的竞争问题。
• 版本号控制：对于一些需要更新的数据，可以使用版本号来进行控制，例如每次写入数据时增加一个版本号，读取数据时先判断当前版本号是否与数据匹配，如果不匹配则直接返回 null。

18、你如何使用 thread dump?你将如何分析 Thread Dump?

thread dump 是一种线程转储文件，它记录了线程的状态信息，包括线程名称、堆栈跟踪、线程 ID 等等。我们可以使用 thread dump 来诊断线程问题，例如线程挂起、死锁等等。

分析 Thread Dump 的方法如下：

• 查看线程状态：首先需要查看线程的状态，例如哪些线程处于运行状态，哪些线程处于阻塞状态等等。