一、CAS 的会产生什么问题?
1、ABA 问题:
比如说一个线程 one 从内存位置 V 中取出 A,这时候另一个线程 two 也从内存中取出 A,并且 two 进行了一些操作变成了 B,然后 two 又将 V 位置的数据变成 A,这时候线程 one 进行 CAS 操作发现内存中仍然是 A,然后 one 操作成功。尽管线程 one 的 CAS 操作成功,但可能存在潜藏的问题。从 Java1.5 开始 JDK 的 atomic包里提供了一个类 AtomicStampedReference 来解决 ABA 问题。
2、循环时间长开销大:
对于资源竞争严重(线程冲突严重)的情况,CAS 自旋的概率会比较大,从而浪费更多的 CPU 资源,效率低于 synchronized。
3、只能保证一个共享变量的原子操作:
当对一个共享变量执行操作时,我们可以使用循环 CAS 的方式来保证原子操作,但是对多个共享变量操作时,循环 CAS 就无法保证操作的原子性,这个时候就可以用锁。
二、什么是原子操作?
原子操作是指一个不受其他操作影响的操作任务单元。原子操作是在多线程环境下避免数据不一致必须的手段。
int++并不是一个原子操作,所以当一个线程读取它的值并加 1 时,另外一个线程有可能会读到之前的值,这就会引发错误。
为了解决这个问题,必须保证增加操作是原子的。到 JDK1.5,java.util.concurrent.atomic 包提供了 int 和long 类型的原子包装类,它们可以自动的保证对于他们的操作是原子的并且不需要使用同步
三、常用的并发工具类有哪些?
- Semaphore(信号量)-允许多个线程同时访问: synchronized 和 ReentrantLock 都是一次只允许一个线程访问某个资源,Semaphore(信号量)可以指定多个线程同时访问某个资源。
- CountDownLatch(倒计时器): CountDownLatch是一个同步工具类,用来协调多个线程之间的同步。这个工具通常用来控制线程等待,它可以让某一个线程等待直到倒计时结束,再开始执行。
- CyclicBarrier(循环栅栏): CyclicBarrier 和 CountDownLatch 非常类似
四、Java 线程数过多会造成什么异常?
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线程的生命周期开销非常高
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消耗过多的 CPU
资源如果可运行的线程数量多于可用处理器的数量,那么有线程将会被闲置。大量空闲的线程会占用许多内存,给垃圾回收器带来压力,而且大量的线程在竞争 CPU资源时还将产生其他性能的开销。
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降低稳定性JVM
在可创建线程的数量上存在一个限制,这个限制值将随着平台的不同而不同,并且承受着多个因素制约,包括 JVM 的启动参数、Thread 构造函数中请求栈的大小,以及底层操作系统对线程的限制等。如果破坏了这些限制,那么可能抛出OutOfMemoryError 异常。
五、什么是ConcurrentHashMap?
ConcurrentHashMap是Java中的一个线程安全且高效的HashMap实现
ConcurrentHashMap就是线程安全的map,其中利用了锁分段的思想提高了并发度。
那么它到底是如何实现线程安全的?
JDK 1.6版本关键要素:
- segment继承了ReentrantLock充当锁的角色,为每一个segment提供了线程安全的保障;
- segment维护了哈希散列表的若干个桶,每个桶由HashEntry构成的链表。
JDK1.8后,ConcurrentHashMap抛弃了原有的Segment 分段锁,而采用了 CAS + synchronized 来保证并发安全性。
六、守护线程了解吗?
Java中的线程分为两类,分别为 daemon 线程(守护线程)和 user 线程(用户线程)。
在JVM 启动时会调用 main 函数,main函数所在的线程就是一个用户线程。其实在 JVM 内部同时还启动了很多守护线程, 比如垃圾回收线程。
那么守护线程和用户线程有什么区别呢?区别之一是当最后一个非守护线程束时, JVM会正常退出,而不管当前是否存在守护线程,也就是说守护线程是否结束并不影响 JVM退出。换而言之,只要有一个用户线程还没结束,正常情况下JVM就不会退出。
七、ThreadLocal是什么?
ThreadLocal,也就是线程本地变量。如果你创建了一个ThreadLocal变量,那么访问这个变量的每个线程都会有这个变量的一个本地拷贝,多个线程操作这个变量的时候,实际是操作自己本地内存里面的变量,从而起到线程隔离的作用,避免了线程安全问题。
- 创建
创建了一个ThreadLoca变量localVariable,任何一个线程都能并发访问localVariable。
//创建一个ThreadLocal变量
public static ThreadLocal<String> localVariable = new ThreadLocal<>();
- 写入
线程可以在任何地方使用localVariable,写入变量。
localVariable.set("鄙人三某”);
- 读取
线程在任何地方读取的都是它写入的变量。
localVariable.get();
八、说说你对原子性、可见性、有序性的理解?
- 原子性:原子性指的是一个操作是不可分割、不可中断的,要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断,要么就全不执行。
- 可见性:可见性指的是一个线程修改了某一个共享变量的值时,其它线程能够立即知道这个修改。
- 有序性:有序性指的是对于一个线程的执行代码,从前往后依次执行,单线程下可以认为程序是有序的,但是并发时有可能会发生指令重排。
分析下面几行代码的原子性?
int i = 2;
int j = i;
i++;
i = i + 1;
- 第1句是基本类型赋值,是原子性操作。
- 第2句先读i的值,再赋值到j,两步操作,不能保证原子性。
- 第3和第4句其实是等效的,先读取i的值,再+1,最后赋值到i,三步操作了,不能保证原子性。
原子性、可见性、有序性都应该怎么保证呢?
- 原子性:JMM只能保证基本的原子性,如果要保证一个代码块的原子性,需要使用
synchronized
。 - 可见性:Java是利用
volatile
关键字来保证可见性的,除此之外,final
和synchronized
也能保证可见性。 - 有序性:
synchronized
或者volatile
都可以保证多线程之间操作的有序性。
九、什么是线程上下文切换?
使用多线程的目的是为了充分利用CPU,但是我们知道,并发其实是一个CPU来应付多个线程。
为了让用户感觉多个线程是在同时执行的, CPU 资源的分配采用了时间片轮转也就是给每个线程分配一个时间片,线程在时间片内占用 CPU 执行任务。当线程使用完时间片后,就会处于就绪状态并让出 CPU 让其他线程占用,这就是上下文切换。
十、AQS 介绍
AQS的全称为(AbstractQueuedSynchronizer),
AQS核心思想是,如果被请求的共享资源空闲,则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程,并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用,那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制,这个机制AQS是用CLH队列锁实现的,即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中
CLH(Craig,Landin,and Hagersten)队列是一个虚拟的双向队列(虚拟的双向队列即不存在队列实例,仅存在结点之间的关联关系)。AQS是将每条请求共享资源的线程封装成一个CLH锁队列的一个结点(Node)来实现锁的分配。