003java面试笔记——【java基础篇】从团八百失败面试总结的java面试题(未完待续)

     8、java 线程

    1）线程概念，线程与进程

     线程：线程是“进程”中某个单一顺序的控制流。也被称为轻量进程。线程是进程中的实体，一个进程可以拥有多个线程，一个线程必须有一个父进程。线程不拥有系统资源，只有运行必须的一些数据结构；它与父进程的其它线程共享该进程所拥有的全部资源。进程可以创建和撤消线程，从而实现程序的并发执行。

    进程：进程是操作系统结构的基础；是一个正在执行的程序；计算机中正在运行的程序实例；可以分配给处理器并由处理器执行的一个实体；由单一顺序的执行显示，一个当前状态和一组相关的系统资源所描述的活动单元。

    线程与进程：有时候，线程也称作轻量级进程。就象进程一样，线程在程序中是独立的、并发的执行路径，每个线程有它自己的堆栈、自己的程序计数器和自己的局部变量。但是，与分隔的进程相比，进程中的线程之间的隔离程度要小。它们共享内存、文件句柄和其它每个进程应有的状态。进程可以支持多个线程，它们看似同时执行，但互相之间并不同步。一个进程中的多个线程共享相同的内存地址空间，这就意味着它们可以访问相同的变量和对象，而且它们从同一堆中分配对象。进程是资源分配的基本单位。所有与该进程有关的资源，都被记录在进程控制块PCB中。以表示该进程拥有这些资源或正在使用它们。另外，进程也是抢占处理机的调度单位，它拥有一个完整的虚拟地址空间。与进程相对应，线程与资源分配无关，它属于某一个进程，并与进程内的其他线程一起共享进程的资源。当进程发生调度时，不同的进程拥有不同的虚拟地址空间，而同一进程内的不同线程共享同一地址空间。线程只由相关堆栈（系统栈或用户栈）寄存器和线程控制表TCB组成。寄存器可被用来存储线程内的局部变量，但不能存储其他线程的相关变量。发生进程切换与发生线程切换时相比较，进程切换时涉及到有关资源指针的保存以及地址空间的变化等问题；线程切换时，由于同不进程内的线程共享资源和地址空间，将不涉及资源信息的保存和地址变化问题，从而减少了操作系统的开销时间。而且，进程的调度与切换都是由操作系统内核完成，而线程则既可由操作系统内核完成，也可由用户程序进行。

   守护线程：在Java中有两类线程：User Thread(用户线程)、Daemon Thread(守护线程) 
    Daemon的作用是为其他线程的运行提供便利服务，比如垃圾回收线程就是一个很称职的守护者。User和Daemon两者几乎没有区别，唯一的不同之处就在于虚拟机的离开：如果 User Thread已经全部退出运行了，只剩下Daemon Thread存在了，虚拟机也就退出了。 因为没有了被守护者，Daemon也就没有工作可做了，也就没有继续运行程序的必要了。 
    值得一提的是，守护线程并非只有虚拟机内部提供，用户在编写程序时也可以自己设置守护线程。下面的方法就是用来设置守护线程的。 
    public final void setDaemon(boolean on) 

    2）线程的生命周期

    派生：线程在进程内派生出来，它即可由进程派生，也可由线程派生。
    阻塞（Block）：如果一个线程在执行过程中需要等待某个事件发生，则被阻塞。
    激活（unblock）：如果阻塞线程的事件发生，则该线程被激活并进入就绪队列。
    调度（schedule）：选择一个就绪线程进入执行状态。
    结束（Finish）：如果一个线程执行结束，它的寄存器上下文以及堆栈内容等将被释放。

    3）线程同步与死锁

     同步：许多线程在执行中必须考虑与其他线程之间共享数据或协调执行状态。这就需要同步机制。在Java中每个对象都有一把锁与之对应。但Java不提供单独的lock和unlock操作。它由高层的结构隐式实现, 来保证操作的对应。(然而,我们注意到Java虚拟机提供单独的monito renter和monitorexit指令来实现lock和unlock操作。) 

synchronized语句计算一个对象引用,试图对该对象完成锁操作, 并且在完成锁操作前停止处理。当锁操作完成synchronized语句体得到执行。当语句体执行完毕(无论正常或异常),解锁操作自动完成。作为面向对象的语言,synchronized经常与方法连用。一种比较好的办法是,如果某个变量由一个线程赋值并由别的线程引用或赋值,那么所有对该变量的访问都必须在某个synchromized语句或synchronized方法内。

   死锁：是指两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。如果程序中有几个竞争资源的并发线程,那么保证均衡是很重要的。系统均衡是指每个线程在执行过程中都能充分访问有限的资源。系统中没有饿死和死锁的线程。Java并不提供对死锁的检测机制。对大多数的Java程序员来说防止死锁是一种较好的选择。最简单的防止死锁的方法是对竞争的资源引入序号,如果一个线程需要几个资源,那么它必须先得到小序号的资源,再申请大序号的资源。

    4）java线程创建与启动

     两种方式创建线程：扩展java.lang.Thread类、实现java.lang.Runnable接口。

    启动线程：在线程的Thread对象上调用start()方法，而不是run()或者别的方法。在调用start()方法之前：线程处于新状态中，新状态指有一个Thread对象，但还没有一个真正的线程。在调用start()方法之后：发生了一系列复杂的事情：启动新的执行线程（具有新的调用栈）；该线程从新状态转移到可运行状态；当该线程获得机会执行时，其目标run()方法将运行。

    线程的名字：一个运行中的线程总是有名字的，名字有两个来源，一个是虚拟机自己给的名字，一个是你自己的定的名字。在没有指定线程名字的情况下，虚拟机总会为线程指定名字，并且主线程的名字总是main，非主线程的名字不确定。线程都可以设置名字，也可以通过Thread.currentThread()获取线程的名字。

    5）java的优先级

    线程的优先级仍然无法保障线程的执行次序。只不过，优先级高的线程获取CPU资源的概率较大，优先级低的并非没机会执行。线程的优先级用1-10之间的整数表示，数值越大优先级越高，默认的优先级为5。在一个线程中开启另外一个新线程，则新开线程称为该线程的子线程，子线程初始优先级与父线程相同。

Thread t1 = new MyThread1(); 
Thread t2 = new Thread(new MyRunnable()); 
t1.setPriority(10); 
t2.setPriority(1); 

   6）wait()，sleep()，yield()，join()，notify()，notifyAll()

    wait():是Object 类的方法，对此对象调用wait 方法导致本线程放弃对象锁，进入等待此对象的等待锁定池，只有针对此对象发出notify 方法（或notifyAll）后本线程才进入对象锁定池准备获得对象锁进入运行状态。 
     sleep():是Thread类的方法，导致此线程暂停执行指定时间，给执行机会给其他线程，但是监控状态依然保持，到时后会自动恢复。调用sleep() 不会释放对象锁。
     yield():方法只是把线程的状态有执行状态打回准备就绪状态，所以，执行这个方法后，有可能马上又开始运行，有可能等待很长时间，yield()方法只能让同优先级的线程有执行的机会，调用yield()不会释放对象锁。 yield()方法先检测当前是否有相同优先级的线程处于同可运行状态，如有，则把 CPU 的占有权交给此线程，否则继续运行原来的线程。所以yield()方法称为“退让”，它把运行机会让给了同等优先级的其他线程。

    join()： join()方法使调用该方法的线程在此之前执行完毕，也就是等待调用该方法的线程执行完毕后再往下继续执行。 join() 方法主要是让调用该方法的thread完成run方法里面的东西后， 在执行join()方法后面的代码。

    t.join():表示当前线程停止执行直到t线程运行完毕；
    t.join(1000): 表示当前线程等待t线程运行1000后执行；

   notify()/notifyAll()：notify和notifyAll都是把某个对象上休息区内的线程唤醒，notify只能唤醒一个，但究竟是哪一个不能确定，而notifyAll则唤醒这个对象上的休息室中所有的线程。

    7）volatile关键字

    用volatile修饰的变量，线程在每次使用变量的时候，都会读取变量修改后的最的值。volatile很容易被误用，用来进行原子性操作。

   Java 语言中的 volatile 变量可以被看作是一种 “程度较轻的 synchronized”；与 synchronized 块相比，volatile 变量所需的编码较少，并且运行时开销也较少，但是它所能实现的功能也仅是 synchronized 的一部分。锁提供了两种主要特性：互斥（mutual exclusion） 和可见性（visibility）。互斥即一次只允许一个线程持有某个特定的锁，因此可使用该特性实现对共享数据的协调访问协议，这样，一次就只有一个线程能够使用该共享数据。可见性必须确保释放锁之前对共享数据做出的更改对于随后获得该锁的另一个线程是可见的，如果没有同步机制提供的这种可见性保证，线程看到的共享变量可能是修改前的值或不一致的值，这将引发许多严重问题。Volatile 变量具有 synchronized 的可见性特性，但是不具备原子特性。这就是说线程能够自动发现 volatile 变量的最新值。
    要使 volatile 变量提供理想的线程安全，必须同时满足下面两个条件：对变量的写操作不依赖于当前值；该变量没有包含在具有其他变量的不变式中。
    第一个条件的限制使 volatile 变量不能用作线程安全计数器。虽然增量操作（x++）看上去类似一个单独操作，实际上它是一个由读取－修改－写入操作序列组成的组合操作，必须以原子方式执行，而 volatile 不能提供必须的原子特性。实现正确的操作需要使 x 的值在操作期间保持不变，而 volatile 变量无法实现这点。

    每一个线程运行时都有一个线程栈，线程栈保存了线程运行时候变量值信息。当线程访问某一个对象时候值的时候，首先通过对象的引用找到对应在堆内存的变量的值，然后把堆内存变量的具体值load到线程本地内存中，建立一个变量副本，之后线程就不再和对象在堆内存变量值有任何关系，而是直接修改副本变量的值，在修改完之后的某一个时刻（线程退出之前），自动把线程变量副本的值回写到对象在堆中变量。这样在堆中的对象的值就产生变化了。

     

    read and load 从主存复制变量到当前工作内存
    use and assign  执行代码，改变共享变量值 
    store and write 用工作内存数据刷新主存相关内容
   其中use and assign 可以多次出现，但是这一些操作并不是原子性，也就是 在read load之后，如果主内存count变量发生修改之后，线程工作内存中的值由于已经加载，不会产生对应的变化，所以计算出来的结果会和预期不一样。