博客记录-day097-Java多线程面试题+JVM面试题+操作系统面试题+MySQL，Redis面试题一、小林-Jav

一、小林-Java多线程

1、如何停止一个线程的运行?

主要有这些方法：

异常法停止：线程调用interrupt()方法后，在线程的run方法中判断当前对象的interrupted()状态，如果是中断状态则抛出异常，达到中断线程的效果。
在沉睡中停止：先将线程sleep，然后调用interrupt标记中断状态，interrupt会将阻塞状态的线程中断。会抛出中断异常，达到停止线程的效果
stop()暴力停止：线程调用stop()方法会被暴力停止，方法已弃用，该方法会有不好的后果：强制让线程停止有可能使一些清理性的工作得不到完成。
使用return停止线程：调用interrupt标记为中断状态后，在run方法中判断当前线程状态，如果为中断状态则return，能达到停止线程的效果。

2、调用 interrupt 是如何让线程抛出异常的?

每个线程都一个与之关联的布尔属性来表示其中断状态，中断状态的初始值为false，当一个线程被其它线程调用Thread.interrupt()方法中断时，会根据实际情况做出响应。

如果该线程正在执行低级别的可中断方法（如Thread.sleep()、Thread.join()或Object.wait()），则会解除阻塞并抛出InterruptedException异常。
否则Thread.interrupt()仅设置线程的中断状态，在该被中断的线程中稍后可通过轮询中断状态来决定是否要停止当前正在执行的任务。

3、blocked和waiting有啥区别

触发条件:线程进入BLOCKED状态通常是因为试图获取一个对象的锁（monitor lock），但该锁已经被另一个线程持有。这通常发生在尝试进入synchronized块或方法时，如果锁已被占用，则线程将被阻塞直到锁可用。线程进入WAITING状态是因为它正在等待另一个线程执行某些操作，例如调用Object.wait()方法、Thread.join()方法或LockSupport.park()方法。在这种状态下，线程将不会消耗CPU资源，并且不会参与锁的竞争。
唤醒机制:当一个线程被阻塞等待锁时，一旦锁被释放，线程将有机会重新尝试获取锁。如果锁此时未被其他线程获取，那么线程可以从BLOCKED状态变为RUNNABLE状态。线程在WAITING状态中需要被显式唤醒。例如，如果线程调用了Object.wait()，那么它必须等待另一个线程调用同一对象上的Object.notify()或Object.notifyAll()方法才能被唤醒。

4、wait 状态下的线程如何进行恢复到 running 状态?

等待的线程被其他线程对象唤醒，notify()和notifyAll()。
如果线程没有获取到锁则会直接进入 Waiting 状态，其实这种本质上它就是执行了 LockSupport.park() 方法进入了Waiting 状态，那么解锁的时候会执行LockSupport.unpark(Thread)，与上面park方法对应，给出许可证，解除等待状态。

5、notify 和 notifyAll 的区别?

同样是唤醒等待的线程，同样最多只有一个线程能获得锁，同样不能控制哪个线程获得锁。

区别在于：

notify：唤醒一个线程，其他线程依然处于wait的等待唤醒状态，如果被唤醒的线程结束时没调用notify，其他线程就永远没人去唤醒，只能等待超时，或者被中断
notifyAll：所有线程退出wait的状态，开始竞争锁，但只有一个线程能抢到，这个线程执行完后，其他线程又会有一个幸运儿脱颖而出得到锁

6、juc包下你常用的类？

线程池相关：

ThreadPoolExecutor：最核心的线程池类，用于创建和管理线程池。通过它可以灵活地配置线程池的参数，如核心线程数、最大线程数、任务队列等，以满足不同的并发处理需求。
Executors：线程池工厂类，提供了一系列静态方法来创建不同类型的线程池，如newFixedThreadPool（创建固定线程数的线程池）、newCachedThreadPool（创建可缓存线程池）、newSingleThreadExecutor（创建单线程线程池）等，方便开发者快速创建线程池。

并发集合类：

ConcurrentHashMap：线程安全的哈希映射表，用于在多线程环境下高效地存储和访问键值对。它采用了分段锁等技术，允许多个线程同时访问不同的段，提高了并发性能，在高并发场景下比传统的Hashtable性能更好。
CopyOnWriteArrayList：线程安全的列表，在对列表进行修改操作时，会创建一个新的底层数组，将修改操作应用到新数组上，而读操作仍然可以在旧数组上进行，从而实现了读写分离，提高了并发读的性能，适用于读多写少的场景。

同步工具类：

CountDownLatch：允许一个或多个线程等待其他一组线程完成操作后再继续执行。它通过一个计数器来实现，计数器初始化为线程的数量，每个线程完成任务后调用countDown方法将计数器减一，当计数器为零时，等待的线程可以继续执行。常用于多个线程完成各自任务后，再进行汇总或下一步操作的场景。
CyclicBarrier：让一组线程互相等待，直到所有线程都到达某个屏障点后，再一起继续执行。与CountDownLatch不同的是，CyclicBarrier可以重复使用，当所有线程都通过屏障后，计数器会重置，可以再次用于下一轮的等待。适用于多个线程需要协同工作，在某个阶段完成后再一起进入下一个阶段的场景。
Semaphore：信号量，用于控制同时访问某个资源的线程数量。它维护了一个许可计数器，线程在访问资源前需要获取许可，如果有可用许可，则获取成功并将许可计数器减一，否则线程需要等待，直到有其他线程释放许可。常用于控制对有限资源的访问，如数据库连接池、线程池中的线程数量等。

原子类：

AtomicInteger：原子整数类，提供了对整数类型的原子操作，如自增、自减、比较并交换等。通过硬件级别的原子指令来保证操作的原子性和线程安全性，避免了使用锁带来的性能开销，在多线程环境下对整数进行计数、状态标记等操作非常方便。
AtomicReference：原子引用类，用于对对象引用进行原子操作。可以保证在多线程环境下，对对象的更新操作是原子性的，即要么全部成功，要么全部失败，不会出现数据不一致的情况。常用于实现无锁数据结构或需要对对象进行原子更新的场景。

7、怎么保证多线程安全？

synchronized关键字:可以使用synchronized关键字来同步代码块或方法，确保同一时刻只有一个线程可以访问这些代码。对象锁是通过synchronized关键字锁定对象的监视器（monitor）来实现的。

public synchronized void someMethod() { /* ... */ }

public void anotherMethod() {
    synchronized (someObject) {
        /* ... */
    }
}

volatile关键字:volatile关键字用于变量，确保所有线程看到的是该变量的最新值，而不是可能存储在本地寄存器中的副本。

public volatile int sharedVariable;

Lock接口和ReentrantLock类:java.util.concurrent.locks.Lock接口提供了比synchronized更强大的锁定机制，ReentrantLock是一个实现该接口的例子，提供了更灵活的锁管理和更高的性能。

private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

public void someMethod() {
    lock.lock();
    try {
        /* ... */
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

原子类：Java并发库（java.util.concurrent.atomic）提供了原子类，如AtomicInteger、AtomicLong等，这些类提供了原子操作，可以用于更新基本类型的变量而无需额外的同步。

示例：

AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);

int newValue = counter.incrementAndGet();

线程局部变量:ThreadLocal类可以为每个线程提供独立的变量副本，这样每个线程都拥有自己的变量，消除了竞争条件。

ThreadLocal<Integer> threadLocalVar = new ThreadLocal<>();

threadLocalVar.set(10);
int value = threadLocalVar.get();

并发集合:使用java.util.concurrent包中的线程安全集合，如ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue等，这些集合内部已经实现了线程安全的逻辑。
JUC工具类: 使用java.util.concurrent包中的一些工具类可以用于控制线程间的同步和协作。例如：Semaphore和CyclicBarrier等。

8、Java中有哪些常用的锁，在什么场景下使用？

Java中的锁是用于管理多线程并发访问共享资源的关键机制。锁可以确保在任意给定时间内只有一个线程可以访问特定的资源，从而避免数据竞争和不一致性。Java提供了多种锁机制，可以分为以下几类：

内置锁（synchronized） ：Java中的synchronized关键字是内置锁机制的基础，可以用于方法或代码块。当一个线程进入synchronized代码块或方法时，它会获取关联对象的锁；当线程离开该代码块或方法时，锁会被释放。如果其他线程尝试获取同一个对象的锁，它们将被阻塞，直到锁被释放。其中，syncronized加锁时有无锁、偏向锁、轻量级锁和重量级锁几个级别。偏向锁用于当一个线程进入同步块时，如果没有任何其他线程竞争，就会使用偏向锁，以减少锁的开销。轻量级锁使用线程栈上的数据结构，避免了操作系统级别的锁。重量级锁则涉及操作系统级的互斥锁。
ReentrantLock：java.util.concurrent.locks.ReentrantLock是一个显式的锁类，提供了比synchronized更高级的功能，如可中断的锁等待、定时锁等待、公平锁选项等。ReentrantLock使用lock()和unlock()方法来获取和释放锁。其中，公平锁按照线程请求锁的顺序来分配锁，保证了锁分配的公平性，但可能增加锁的等待时间。非公平锁不保证锁分配的顺序，可以减少锁的竞争，提高性能，但可能造成某些线程的饥饿。
读写锁（ReadWriteLock） ：java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock接口定义了一种锁，允许多个读取者同时访问共享资源，但只允许一个写入者。读写锁通常用于读取远多于写入的情况，以提高并发性。
乐观锁和悲观锁：悲观锁（Pessimistic Locking）通常指在访问数据前就锁定资源，假设最坏的情况，即数据很可能被其他线程修改。synchronized和ReentrantLock都是悲观锁的例子。乐观锁（Optimistic Locking）通常不锁定资源，而是在更新数据时检查数据是否已被其他线程修改。乐观锁常使用版本号或时间戳来实现。
自旋锁：自旋锁是一种锁机制，线程在等待锁时会持续循环检查锁是否可用，而不是放弃CPU并阻塞。通常可以使用CAS来实现。这在锁等待时间很短的情况下可以提高性能，但过度自旋会浪费CPU资源。

9、怎么在实践中用锁的？

Java提供了多种锁的实现，包括synchronized关键字、java.util.concurrent.locks包下的Lock接口及其具体实现如ReentrantLock、ReadWriteLock等。下面我们来看看这些锁的使用方式。

synchronized

synchronized关键字可以用于方法或代码块，它是Java中最早的锁实现，使用起来非常简单。

示例：synchronized方法

public class Counter {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

示例：synchronized代码块

public class Counter {
    private Object lock = new Object();
    private int count = 0;

    public void increment() {
        synchronized (lock) {
            count++;
        }
    }
}

使用Lock接口

Lock接口提供了比synchronized更灵活的锁操作，包括尝试锁、可中断锁、定时锁等。ReentrantLock是Lock接口的一个实现。

示例：使用ReentrantLock

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Counter {
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private int count = 0;

    public void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

使用ReadWriteLock

ReadWriteLock接口提供了一种读写锁的实现，允许多个读操作同时进行，但写操作是独占的。

示例：使用ReadWriteLock

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

public class Cache {
    private ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
    private Lock readLock = lock.readLock();
    private Lock writeLock = lock.writeLock();
    private Object data;

    public Object readData() {
        readLock.lock();
        try {
            return data;
        } finally {
            readLock.unlock();
        }
    }

    public void writeData(Object newData) {
        writeLock.lock();
        try {
            data = newData;
        } finally {
            writeLock.unlock();
        }
    }
}

10、Java 并发工具你知道哪些？

Java 中一些常用的并发工具，它们位于 java.util.concurrent 包中，常见的有：

CountDownLatch：CountDownLatch 是一个同步辅助类，它允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。它使用一个计数器进行初始化，调用 countDown() 方法会使计数器减一，当计数器的值减为 0 时，等待的线程会被唤醒。可以把它想象成一个倒计时器，当倒计时结束（计数器为 0）时，等待的事件就会发生。示例代码：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int numberOfThreads = 3;
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(numberOfThreads);

        // 创建并启动三个工作线程
        for (int i = 0; i < numberOfThreads; i++) {
            new Thread(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 正在工作");
                try {
                    Thread.sleep(1000);  // 模拟工作时间
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                latch.countDown();  // 完成工作，计数器减一
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成工作");
            }).start();
        }

        System.out.println("主线程等待工作线程完成");
        latch.await();  // 主线程等待，直到计数器为 0
        System.out.println("所有工作线程已完成，主线程继续执行");
    }
}

CyclicBarrier：CyclicBarrier 允许一组线程互相等待，直到到达一个公共的屏障点。当所有线程都到达这个屏障点后，它们可以继续执行后续操作，并且这个屏障可以被重置循环使用。与 CountDownLatch 不同，CyclicBarrier 侧重于线程间的相互等待，而不是等待某些操作完成。示例代码：

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CyclicBarrierExample {
    public static void main(String[] args) {
        int numberOfThreads = 3;
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(numberOfThreads, () -> {
            System.out.println("所有线程都到达了屏障，继续执行后续操作");
        });

        for (int i = 0; i < numberOfThreads; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 正在运行");
                    Thread.sleep(1000);  // 模拟运行时间
                    barrier.await();  // 等待其他线程
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 已经通过屏障");
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

Semaphore：Semaphore 是一个计数信号量，用于控制同时访问某个共享资源的线程数量。通过 acquire() 方法获取许可，使用 release() 方法释放许可。如果没有许可可用，线程将被阻塞，直到有许可被释放。可以用来限制对某些资源（如数据库连接池、文件操作等）的并发访问量。代码如下：

import java.util.concurrent.Semaphore;

public class SemaphoreExample {
    public static void main(String[] args) {
        Semaphore semaphore = new Semaphore(2);  // 允许 2 个线程同时访问

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire();  // 获取许可
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获得了许可");
                    Thread.sleep(2000);  // 模拟资源使用
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 释放了许可");
                    semaphore.release();  // 释放许可
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

Future 和 Callable：Callable 是一个类似于 Runnable 的接口，但它可以返回结果，并且可以抛出异常。Future 用于表示一个异步计算的结果，可以通过它来获取 Callable 任务的执行结果或取消任务。代码如下：

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

public class FutureCallableExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

        Callable<Integer> callable = () -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始执行 Callable 任务");
            Thread.sleep(2000);  // 模拟耗时操作
            return 42;  // 返回结果
        };

        Future<Integer> future = executorService.submit(callable);
        System.out.println("主线程继续执行其他任务");

        try {
            Integer result = future.get();  // 等待 Callable 任务完成并获取结果
            System.out.println("Callable 任务的结果: " + result);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        executorService.shutdown();
    }
}

ConcurrentHashMap：ConcurrentHashMap 是一个线程安全的哈希表，它允许多个线程同时进行读操作，在一定程度上支持并发的修改操作，避免了 HashMap 在多线程环境下需要使用 synchronized 或 Collections.synchronizedMap() 进行同步的性能问题。代码如下：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ConcurrentHashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
        map.put("key1", 1);
        map.put("key2", 2);

        // 并发读操作
        map.forEach((key, value) -> System.out.println(key + ": " + value));

        // 并发写操作
        map.computeIfAbsent("key3", k -> 3);
    }
}