CS-LogN思維導圖：記錄專業基礎 面試題
開源地址：https://github.com/FISHers6/CS-LogN
多執行緒與併發基礎
實現多執行緒
面試題1：有幾種實現執行緒的方法，分別是什麼
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1.繼承Thread類，啟動執行緒的唯一方法就是通過 Thread 類的 start()例項方法，start()方法是一個 native 方法，它將啟動一個新執行緒去執行 run()方法
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2.實現 Runnable 介面，重寫run()函式，作為引數放到Thread類建構函式中作為target屬性，執行start()方法
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執行緒池建立執行緒、Callable本質還是使Runnable建立，Callable是父輩類繼承了Runnable，執行緒池需傳入引數
面試題2：實現Runnable方法好，還是繼承Thread類好
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實現Runnable介面更好
- 1.單一繼承原則，如果繼承了Thread，就不能繼承其它類了，限制了可擴充套件性
- 2.Thread類每次只能建立一個獨立的執行緒，損耗大，而Runnable能利用執行緒池工具來建立執行緒
- 3.從程式碼架構上看，run內容應該與Trhead程式碼解耦
面試題3：一個執行緒兩次呼叫start方法會出現什麼情況(考察原始碼)
- 第二次會出現異常，從start原始碼上和執行緒生命週期上分析，一個執行緒start後，
改變了threadState狀態字；而第二次再start每次會先檢查這個狀態不是0就報異常
面試題4：既然start方法會呼叫run方法，為什麼我們還是要用start方法，而不是直接呼叫run方法呢(考察原始碼)
- 因為start後執行緒才會經過完整的執行緒生命週期，start呼叫native start0，虛擬機器執startThread，thread_entry入口中呼叫Thread的run，
面試題5：start和run有什麼區別
- run()方法:只是普通的方法，呼叫run普通方法，可以重複多次呼叫
- start()方法，會啟動一個執行緒，使得虛擬機器去呼叫Runnable物件的run()方法，不能多次啟動同一個執行緒
面試題6：start方法如何呼叫run方法的(考察原始碼和JVM)
- start方法呼叫native start0，JVM虛擬機器執行startThread，在thread_entry中呼叫Thread的run方法
面試題7：如何正確停止執行緒
- 使用interrupt中斷通知，而不是強制，中斷通知後會讓被停止執行緒去決定何時停止，即把主動權交給需要被中斷的執行緒
執行緒的生命週期
面試題1：Java執行緒有哪幾種狀態 說說生命週期
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六種生命狀態(若time_waiting也算一種)
- New，已建立但還尚未啟動的新執行緒
- Runable，可執行狀態；對應作業系統的兩種狀態“就緒態” 和 “執行態”(分配到CPU)
- Blocked，阻塞狀態；請求synchronized鎖未分配到時阻塞，直到獲取到monitor鎖再進入Runnable
- Waiting，等待狀態
- Timed waiting，限期等待
- Terminated終止狀態
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執行緒的生命週期 狀態轉換圖
Thread和Object類中
與執行緒相關的重要方法
面試題1：實現兩個執行緒交替列印奇數偶數
面試題2：手寫生產者消費者設計模式，為什麼用該模式
- 主要是為了解耦，匹配不同的能力
面試題3：wait後發生了什麼，為什麼需要在同步程式碼內才能使用
- 從jvm的原始碼實現上看，wait後，執行緒讓出佔有的cpu並釋放同步資源鎖；把自己加入到等待池，以後不會再主動參與cpu的競爭，除非被其它notify命中
- 為了確保執行緒安全；另外wait會釋放資源，所以肯定要先拿到這個鎖，能進入同步程式碼塊已經拿到了鎖
面試題4：為什麼執行緒通訊的方法wait，notify和notifyAll放在Object類，而sleep定義在Thread類裡 (考察物件鎖)
- 與物件的鎖有關，物件鎖繫結在物件的物件頭中，且放在Object裡，使每個執行緒都可以持有多個物件的鎖
面試題5：wait方法是屬於Object物件的，那呼叫Thread.wait會怎麼樣
- 執行緒死的時候會自己notifyAll，釋放掉所有的持有自己物件的鎖。這個機制是實現很多同步方法的基礎。如果呼叫Thrad.wait，干擾了我們設計的同步業務流程
面試題6：如何選擇notify還是notifyAll
- 優先選用notifyAll，喚醒所有執行緒；除非業務需要每次只喚醒一個執行緒的
面試題7：notfiy後發生的操作，notifyAll之後所有的執行緒都會再次搶奪鎖，如果某執行緒搶奪失敗怎麼辦？
- notify後，讓waiterSet等待池中的一個執行緒與entry_List鎖池一級活躍執行緒一起競爭CPU
- 搶奪鎖失敗後會繼續待在原鎖池或原等待池，等待競爭CPU的排程
面試題8：sleep方法與notify/wait方法的異同點
- 相同點：執行緒都會進入waiting狀態，都可以響應中斷
- 不同點：1.所屬類不同；2.wait/notify必須用在同步方法中，且會釋放鎖；3.sleep可以指定時間
面試題9：join方法後父執行緒進入什麼狀態
- waiting狀態，join內部呼叫wait，子執行緒結束後自動呼叫notifyAll喚醒(jvm:exit函式)
執行緒安全與效能
面試題1：守護執行緒和普通執行緒的區別
- 守護執行緒是服務於普通執行緒的，並且不會影響到jvm的退出
面試題2：什麼是執行緒安全
- 不管業務中遇到怎樣的多個執行緒訪問某物件或某方法的情況，而在程式設計這個業務邏輯的時候，都不需要再額外做任何額外的處理（也就是可以像單執行緒程式設計一樣），程式也可以正常執行（不會因為多執行緒而出錯），就可以稱為執行緒安全
面試題3：有哪些執行緒不安全的情況，什麼原因導致的
- 1.資料爭用、同時操作，如資料讀寫由於同時寫，非原子性操作導致執行結果錯誤，a++
- 2.存在競爭，順序不當，如死鎖、活鎖、飢餓
面試題4：什麼是多執行緒的上下文切換，及導致的後果
- 程式執行緒切換要儲存所需要的CPU執行環境，如暫存器、棧、全域性變數等資源
- 在頻繁的io以及搶鎖的時候，會導致密集的上下文切換，多執行緒切換時，由於快取和上下文的切換會帶來效能問題
面試題5：多執行緒導致的開銷有哪些
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1.上下文切換開銷，如儲存快取(cache、快表等)的開銷
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2.同步協作的開銷(java記憶體模型)
- 為了資料的正確性，同步手段往往會使用禁止編譯器優化(如指令重排序優化、鎖粗化等)，效能變差
- 使CPU內的快取失效(比如volatile可見性讓自己執行緒的快取失效後，必須使用主存來檢視資料)
Java記憶體模型
面試題1：Java的程式碼如何一步步轉化，最終被CPU執行的
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- 最開始，我們編寫的Java程式碼，是*.java檔案
- 在編譯（javac命令）後，從剛才的.java檔案會變出一個新的Java位元組碼檔案.class
- JVM會執行剛才生成的位元組碼檔案（*.class），並把位元組碼檔案轉化為機器指令
- 機器指令可以直接在CPU上執執行，也就是最終的程式執行
- JVM實現會帶來不同的“翻譯”，不同的CPU平臺的機器指令又千差萬別，無法保證併發安全的效果一致
面試題2：單例模式的作用和適用場景
- 單例模式：只獲取一次資源，全程式通用，節省記憶體和計算；保證多執行緒計算結果正確；方便管理；
比如日期工具類只需要一個例項就可以，無需多個示例
面試題3：單例模式的寫法，考察(重排序、單例和高併發的關係)
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餓漢式（靜態常量、靜態程式碼塊）
- 原理1：static靜態常量在類載入的時候就初始化完成了，且由jvm保證執行緒安全，保證了變數唯一
- 原理2：靜態程式碼塊中例項化和靜態常量類似；放在靜態程式碼塊裡初始化，類載入時完成；
- 特徵：簡單，但沒有懶載入(需要時再載入)
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懶漢式（加synchronized鎖）
- 對初始化的方法加synchronized鎖達到執行緒安全的目的，但效率低，多執行緒下變成了同步
- 懶漢式取名：用到的時候才去載入
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雙重檢查
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程式碼實現
- 屬性加volatile，兩次if判斷NULL值，第二次前加類鎖
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優點
- 執行緒安全；延遲載入；效率高
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為什麼用雙重而不用單層
- 從執行緒安全方面、效率方面講
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靜態內部類
- 需要理解靜態內部類的優點，懶漢式載入，jvm載入順序
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列舉
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程式碼實現簡單
- public enum Singleton{
INSTANCE;
public void method(){}
}
- public enum Singleton{
-
保證了執行緒安全
- 列舉是一個特殊的類，經過反編譯檢視，列舉最終被編譯成一個final的類，繼承了列舉父類。各個例項通過static定義，本質就是一個靜態的物件，所有第一次使用的時候採取載入(懶載入)
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避免反序列化破壞單例
- 避免了：比如用反射就繞過了構造方法，反序列化出多個例項
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面試題4：單例模式各種寫法分別適用的場合
- 1.最好的方法是列舉，因列舉被編譯成final類，用static定義靜態物件，懶載入。既保證了執行緒安全又避免了反序列化破壞單例
- 2.如果程式一開始要載入的資源太多，考慮到啟動速度，就應該使用懶載入
- 3.如果是物件的建立需要配置檔案(一開始要載入其它資源)，就不適合用餓漢式
面試題5：餓漢式單例的缺點
- 沒有懶載入(初始化時全部載入出)，初始化開銷大
面試題6：懶漢式單例的缺點
- 雖然用到的時候才去載入，但是由於加鎖，效能低
面試題7：單例模式的雙重檢查寫法為什麼要用double-check
- 從程式碼實現出發，保證執行緒安全、延遲載入效率高
面試題8：為什麼雙重檢查要用volatile
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1.保證instance的可見性
- 類初始化分成3條指令，重排序帶來NPE空虛指標問題，加volatile防止重排序
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2.防止初始化指令重排序
面試題9：講一講什麼是Java的記憶體模型
- 1.是一組規範，需要JVM實現遵守這個規範，以便實現安全的多執行緒程式
2.volatile、synchronized、Lock等同步工具和關鍵字實現原理都用到了JMM
3.重排序、記憶體可見性、原子性
面試題10：什麼是happens-before，規則有哪些
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解決可見性問題的：在時間上，動作A發生在動作B之前，B保證能看見A，這就是happens-before
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規則
- 1 單執行緒按程式碼順序規則；2 鎖操作（synchronized和Lock）；3volatile變數；4.JUC工具類的Happens-Before原則
- 5.執行緒啟動時子執行緒啟動前能看到主執行緒run的所有內容；6.執行緒join主執行緒一定要等待子執行緒完成後再去做後面操作
- 7.傳遞性 8.中斷檢測 9.物件構造方法的最後一行指令 happens-before 於 finalize() 方法的第一行指令
面試題11：講一講volatile關鍵字
- volatile是一種同步機制，比synchronized或者Lock相關類更輕量，因為使用volatile並不會發生上下文切換等開銷很大的行為。而加鎖時物件鎖會阻塞開銷大。
- 可見性，如果一個變數別修飾成volatile，那麼JVM就知道了這個變數可能會被併發修改；
- 不能保證原子性
面試題12：volatile的適用場合及作用
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作用
- 1.保證可見性 2.禁止指令重排序(單例雙重鎖時)
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適合場景
- 適用場合1：boolean flag，布林具有原子性，可再由volatile保證其可見性
- 適用場合2：作為重新整理之前變數的觸發器
- 但不適合非原子性操作如：a++等
面試題13：volatile和synchronized的異同
- 1 效能開銷方面: 鎖開銷更大，volatile無加鎖阻塞開銷
2 作用方面:volatile只能保證可見性，鎖既能保證可見性，又能保證原子性
面試題14：什麼是記憶體可見性問題，為什麼存在
- 多執行緒下，一個執行緒修改共享資料後，其它執行緒能否感知到修改了資料的執行緒的變化
- CPU有多級快取，導致讀的資料過期，各處理機有獨自的快取未及時更新時，與主存內容不一致
面試題15：主記憶體和本地記憶體的關係是什麼
- Java 作為高階語言，遮蔽了CPU cache等底層細節，用 JMM 定義了一套讀寫記憶體資料的規範，雖然我們不再需要關心一級快取和二級快取的問題，但是，JMM 抽象了主記憶體和本地記憶體的概念。
- 執行緒擁有自己的本地記憶體，並共享主記憶體的資料；執行緒讀寫共享資料也是通過本地記憶體交換的，所以才導致了可見性問題。
面試題16：什麼是原子操作，Java的原子操作有哪些
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原子操作
- 一系列的操作，要麼全部執行成功，要麼全部不執行，不會出現執行一半的情況，是不可分割的。
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1）除long和double之外的基本型別（int, byte, boolean, short, char, float）的"賦值操作"
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2）所有"引用reference的賦值操作"，不管是 32 位的機器還是 64 位的機器
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3）java.concurrent.Atomic.* 包中所有類的原子操作
面試題17：long 和 double 的原子性你瞭解嗎
- 在32位上的JVM上，long 和 double的操作不是原子的，但是在64位的JVM上是原子的。
- 在32位機器上一次只能讀寫32位；而浮點數、long型有8位元組64位；要分高32位和低32位兩條指令分開寫入，類似組合語言浮點數乘法分高低位暫存器；64位不用分兩次讀寫了
面試題18：生成物件的過程是不是原子操作
- 不是，物件生成會生成分配空間、初始化、賦值，三條指令，有可能會被重排序，導致空指標
面試題19：區分JVM記憶體結構、Java記憶體模型 、Java物件模型
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Java記憶體模型，和Java的併發程式設計有關
- 詳見面試題9
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JVM記憶體結構，和Java虛擬機器的執行時區域(堆疊)有關
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堆區、方法區(存放常量池 引用 類資訊)
棧區、本地方法棧、程式計數器
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Java物件模型，和Java物件在虛擬機器中的表現形式有關
- 是Java物件自身的儲存模型，在方法區中Kclass類資訊(虛擬函式表)，在堆中存放new例項，線上程棧中存放引用，OOP-Klass Model
面試題20：什麼是重排序
- 指令實際執行順序和程式碼在java檔案中的順序不一致
- 重排序的好處：提高處理速度，包括編譯器優化、指令重排序(區域性性原理)
死鎖
面試題1：寫一個必然死鎖的例子
- synchronized巢狀，構成請求迴圈
面試題2：生產中什麼場景下會發生死鎖
- 併發中多執行緒互不相讓：當兩個（或更多）執行緒（或程式）相互持有對方所需要的資源，又不主動釋放，導致所有人都無法繼續前進，導致程式陷入無盡的阻塞，這就是死鎖。
面試題3：發生死鎖必須滿足哪些條件
- 1.互斥
- 2.請求和保持
- 3.不可剝奪
- 4.儲存迴圈等待鏈
面試題4：如何用工具定位死鎖
- 1.jstack命令在程式發生死鎖後，進行堆疊分析出死鎖執行緒
- 2.ThreadMXbean 程式執行中發現死鎖，一旦發現死鎖可以讓使用者去打日誌
面試題5：有哪些解決死鎖問題的策略
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1.死鎖語法，不讓死鎖發生
- 破壞死鎖的四個條件之一；如：哲學家換手、轉賬換序
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2.死鎖避免
- 銀行家演算法、系統安全序列
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3.死鎖檢查與恢復
- 適用資源請求分配圖，一段時間內檢查死鎖，有死鎖就恢復策略，採用恢復策略；
- 恢復方法：程式終止 、資源剝奪
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4.鴕鳥策略(忽略死鎖)
- 先忽略，後期再讓人工恢復
面試題6：死鎖避免策略和檢測與恢復策略的主要思路是什麼
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死鎖語法
- 破壞死鎖的四大條件之一
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死鎖避免
- 找到安全序列，銀行家演算法
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死鎖檢測與恢復
- 資源請求分配圖
面試題7：講一講經典的哲學家就餐問題，如何解決死鎖
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什麼時候死鎖
- 哲學家各拿起自己左手邊的筷子，又去請求拿右手邊筷子迴圈請求時而阻塞
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如何解決死鎖
- 1.一次兩隻筷子，形成原子性操作
- 2.只允許4個人拿有筷子
面試題8：實際開發中如何避免死鎖
- 設定超時時間
- 多使用併發類而不是自己設計鎖
- 儘量降低鎖的使用粒度：用不同的鎖而不是一個鎖，鎖的範圍越小越好
- 避免鎖的巢狀：MustDeadLock類
- 分配資源前先看能不能收回來：銀行家演算法
- 儘量不要幾個功能用同一把鎖：專鎖專用
- 給你的執行緒起個有意義的名字：debug和排查時事半功倍，框架和JDK都遵守這個最佳實踐
面試題9：什麼是活躍性問題？活鎖、飢餓和死鎖有什麼區別
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活鎖
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雖然執行緒並沒有阻塞，也始終在執行（所以叫做“活”鎖，執行緒是“活”的），但是程式卻得不到進展，因為執行緒始終互相謙讓，重複做同樣的事
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工程中的活鎖例項：訊息佇列，訊息如果處理失敗，就放在佇列開頭重試，沒阻塞程式無法繼續
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如何解決活鎖問題
- 加入隨機因素，乙太網的指數退避演算法
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飢餓
- 當執行緒需要某些資源（例如CPU），但是卻始終得不到，可能原因是飢餓執行緒的優先順序過低