并发编程面试题三

1、并发编程三要素

• 原子性：解决操作不可分割的问题。

• 可见性：解决线程间数据同步的问题。

• 有序性：解决指令执行顺序的问题。

2、如何保证三要素

• 原子性：

  • 使用原子类（如AtomicInteger）。

  • 使用锁（如synchronized、ReentrantLock）。

• 可见性：

  • 使用volatile关键字。

  • 使用锁（如synchronized、ReentrantLock）。

• 有序性：

  • 使用volatile关键字。

  • 使用锁（如synchronized、ReentrantLock）。

  • 遵循happens-before规则。

3、常见的进程间的调度

• 先来先服务调度算法：按照进程到达就绪队列的顺序进行调度，但可能导致短进程一直等待长进程
• 短作业优先调度算法：优先调度预计运行时间最短的进程，可以减少平均等待时间，但可能导致长进程“饥饿”。
• 时间片轮转调度算法:为每个进程分配一个固定的时间片（Time Slice），时间片用完后强制切换到下一个进程，但时间片设置过小会导致频繁上下文切换，降低效率。
• 优先级调度算法:为每个进程分配一个优先级，优先调度优先级高的进程，可能导致低优先级进程“饥饿”。

4、常见的线程间的调度算法以及Java是哪种

线程调度是指系统为线程分配CPU使用权的过程，主要分两种。

（1）协同式线程调度(分时调度模式)：线程执行时间由线程本身来控制，线程把自己的工作执行完之后，要主动通知系统切换到另外一个线程上。

（2)抢占式线程调度：每个线程将由系统来分配执行时间，线程的切换不由线程本身来决定（Java中，Thread.yield()可以让出执行时间，但无法获取执行时间）。

Java线程调度就是抢占式调度,优先让可运行池中优先级高的线程占用CPU,如果可运行池中的线程优先级相同,那就随机选择一个线程。两线程同时处于就绪runnable状态时，优先级越高的线程越容易被系统选择执行。

5、Java多线程常用的锁

悲观锁：当线程去操作数据的时候，总认为别的线程会去修改数据，所以它每次拿数据的时候都会上锁，别的线程去拿数据的时候就会阻塞，比如synchronized。

乐观锁：每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，更新的时候会判断是别人是否回去更新数据，通过版本来判断，如果数据被修改了就拒绝更新，比如CAS。

小结：悲观锁适合写操作多的场景，乐观锁适合读操作多的场景。

公平锁：按照请求锁的顺序来分配锁，先请求的线程先获得锁，比如ReentrantLock(底层是同步队列FIFO:First Input First Output来实现)。

非公平锁：不保证按请求顺序分配锁，允许插队，即新来的线程可能优先获取锁，存在有线程饿死,一直拿不到锁，比如synchronized、ReentrantLock。

小结：非公平锁性能高于公平锁，更能充分利用CPU的时间。

可重入锁：一个线程可以多次获取同一个锁而不被阻塞，直到它释放所有锁，比如synchronized、ReentrantLock。

不可重入锁：一个线程不能多次获取同一个锁，否则会导致死锁。

小结：可重入锁能一定程度的避免死锁。

自旋锁：线程在获取不到锁时，不会进入休眠状态，而是不断循环检查锁的状态，直到成功获取锁。

小结：不会发生线程状态的切换，一直处于用户态，减少了线程上下文切换的消耗，缺点是循环会消耗CPU。

共享锁：也叫S锁/读锁，允许多个线程同时读取共享资源，但不允许写操作（修改，增加，删除数据）。

互斥锁：也叫X锁/排它锁/写锁/独占锁/独享锁，同一时刻只有一个线程可以持有该锁，无论是读还是写操作。

死锁：两个或两个以上的线程在执行过程中，由于竞争资源而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法让程序进行下去。

下面三种是Jvm为了提高锁的获取与释放效率而做的优化，是针对Synchronized的锁升级。

偏向锁：一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁，获取锁的代价更低。

轻量级锁：当锁是偏向锁的时候，被其他线程访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，但不会阻塞，且性能会高点。

重量级锁：当锁为轻量级锁的时候，其他线程虽然是自旋，但自旋不会一直循环下去，当自旋一定次数的时候且还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁升级为重量级锁，重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞，性能也会降低。

6、死锁的4个必要条件

互斥条件：资源不能共享，只能由一个线程使用。

请求与保持条件：线程已经获得一些资源，但因请求其他资源发生阻塞，对已经获得的资源保持不释放。

不可抢占：有些资源是不可强占的，当某个线程获得这个资源后，系统不能强行回收，只能由线程使用完自己释放。

循环等待条件：多个线程形成环形链，每个都占用对方申请的下个资源。

只要发生死锁，上面的条件都成立；只要一个不满足，就不会发生死锁。

7、对synchronized的理解

synchronized是用来解决线程安全的问题，常用在 同步普通方法、静态方法、代码块中。它是非公平、可重入的。

每个对象有一个锁和一个等待队列，锁只能被一个线程持有，其他需要锁的线程需要阻塞等待。锁被释放后，对象会从队列中取出一个并唤醒，唤醒哪个线程是不确定的，不保证公平性。

8、CAS是什么

CAS全称是Compare And Swap，即比较再交换，CAS 操作涉及三个参数：

内存地址（V）：要更新的变量所在的内存地址。

预期原值（A）：当前线程认为该内存位置应该具有的值。

新值（B）：如果内存位置的值等于预期值，则将其更新为新值。

CAS的工作流程：

读取当前值：线程首先读取内存位置 V 的当前值。

比较值：线程将读取到的值与预期值 A 进行比较。

更新值：如果当前值等于预期值 A，则将内存位置 V 更新为新值 B；否则，线程自旋，到下次循环才有可能机会执行。

9、CAS存在什么问题

自旋开销：当多个线程竞争同一个资源时，CAS 操作可能会频繁失败，导致线程不断重试（自旋）。这种忙等待会导致 CPU 资源浪费。

ABA问题：假设一个变量的值从 A 变成 B 再变回 A，CAS 操作可能无法检测到这种变化，从而导致错误的结果。

假设有三个线程 T1 和 T2 、T3对共享变量 V 进行操作：

1. 初始时，V = A。
2. 线程 T1 读取 V 的值为 A，并准备将其更新为 B。
3. 在 T1 更新之前，线程 T2 将 V 从 A 改为 B，线程 T3再将V改回 A。
4. 当 T1 执行 CAS 操作时，发现 V 的值仍然是 A，于是成功将 V 更新为 B，但实际上中间发生了变化。

解决办法：给变量加一个版本号即可，在比较的时候不仅要比较当前变量的值，还需要比较当前变量的版本号。