Java多线程问题汇总

1、线程中start()、run()，wait()、sleep()，sleep() 、join()、yield()有什么区别？

1.1、线程中start和run方法有什么区别

• 调用start()方法时会执行run()方法，不能直接调用run()方法。调用start()方法时将创建新的线程，并且执行在run()方法里的代码。但是直接调用run()方法，不会创建新的线程也不会执行调用线程的代码。

1.2、wait和sleep方法的不同

• 让当前执行线程陷入等待(注意：不一定是调用wait方法的线程，也就是执行这行代码的线程)，在等待时wait会释放锁，而sleep一直持有锁。Wait通常被用于线程间交互，sleep通常被用于暂停执行。

1.3、sleep()方法

• 在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行），此操作受到系统计时器和调度程序精度和准确性的影响。 让其他线程有机会继续执行，但它并不释放对象锁。也就是如果有Synchronized同步块，其他线程仍然不能访问共享数据。注意该方法要捕获异常。
• 比如有两个线程同时执行(没有Synchronized)，一个线程优先级为MAX_PRIORITY，另一个为MIN_PRIORITY，如果没有Sleep()方法，只有高优先级的线程执行完成后，低优先级的线程才能执行；但当高优先级的线程sleep(5000)后，低优先级就有机会执行了。sleep()可以使低优先级的线程得到执行的机会，当然也可以让同优先级、高优先级的线程有执行的机会。

1.4、yield()方法

• yield()方法和sleep()方法类似，它没有参数，也不会释放“锁标志”，只是提出申请释放CPU资源，至于能否成功释放由JVM决定。即yield()方法只是使当前线程重新回到可执行状态(RUNNABLE)，所以执行yield()的线程有可能在进入到可执行状态后马上又被执行，另外yield()方法只能使同优先级或者高优先级的线程得到执行机会，这也和sleep()方法不同。

1.5、join()方法

• t.join()的意思是阻塞当前线程(即执行t.join()这条语句的线程)，直到线程t完成，此线程再继续。
• join之所以可以实现线程等待是因为调用wait方法。
• Thread的join()有什么作用？

1.6、Thread.sleep(0)的作用是啥？

• 由于Java采用抢占式的线程调度算法，因此可能会出现某条线程常常获取到CPU控制权的情况，为了让某些优先级比较低的线程也能获取到CPU控制权，可以使用Thread.sleep(0)手动触发一次操作系统分配时间片的操作，这也是平衡CPU控制权的一种操作。

2、ReentrantLock和synchronized的区别

2.1、保障线程安全有哪些手段，可从多线程三特性出发：

• 原子性（Atomicity）：单个或多个操作是要么全部执行，要么都不执行
  • Lock：保证同时只有一个线程能拿到锁，并执行申请锁和释放锁的代码
  • synchronized：对线程加独占锁，被它修饰的类/方法/变量只允许一个线程访问
• 可见性（Visibility）：当一个线程修改了共享变量的值，其他线程能够立即得知这个修改
  • volatile：保证新值能立即同步到主内存，且每次使用前立即从主内存刷新；
  • synchronized：在释放锁之前会将工作内存新值更新到主存中
• 有序性（Ordering）：程序代码按照指令顺序执行
  • volatile： 本身就包含了禁止指令重排序的语义
  • synchronized：保证一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行lock操作，使得持有同一个锁的两个同步块只能串行地进入

2.2、ReentrantLock和synchronized的区别

• ReentrantLock：
  • 等待可中断：当持有锁的线程长期不释放锁的时候，正在等待的线程可以选择放弃等待，改为处理其他事情。
  • 公平锁：多个线程在等待同一个锁时，必须按照申请锁的时间顺序来依次获得锁。而synchronized是非公平的，即在锁被释放时，任何一个等待锁的线程都有机会获得锁。ReentrantLock默认情况下也是非公平的，但可以通过带布尔值的构造函数改用公平锁。
  • 锁绑定多个条件：一个ReentrantLock对象可以通过多次调用newCondition()同时绑定多个Condition对象。而在synchronized中，锁对象wait()和notify()或notifyAl()只能实现一个隐含的条件，若要和多于一个的条件关联不得不额外地添加一个锁。
• Synchronized：
  • 是悲观锁机制，独占锁。而Locks.ReentrantLock是每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功为止。

2.3、ReentrantLock适用场景

• 某个线程在等待一个锁的控制权的这段时间需要中断
• 需要分开处理一些wait-notify，ReentrantLock里面的Condition应用，能够控制notify哪个线程，锁可以绑定多个条件。
• 具有公平锁功能，每个到来的线程都将排队等候。

3、Volatile和Synchronized的区别

3.1、Volatile和Synchronized各自用途是什么？有哪些不同点？

• 粒度不同，前者针对变量 ，后者锁对象和类。
• Synchronized阻塞，volatile线程不阻塞。
• Synchronized保证三大特性（原子性、可见性、有序性），volatile不保证原子性
• Synchronized编译器优化，volatile不优化，volatile具备两种特性：
  • 保证此变量对所有线程的可见性，指一条线程修改了这个变量的值，新值对于其他线程来说是可见的，但并不是多线程安全的。
  • 禁止指令重排序优化。
• Volatile如何保证内存可见性：
  • 当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量刷新到主内存。
  • 当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。线程接下来将从主内存中读取共享变量。

3.2、Synchronize在编译时如何实现锁机制？

• Synchronized经过编译，会在同步块的前后分别形成monitorenter和monitorexit这个两个字节码指令。在执行monitorenter指令时，首先要尝试获取对象锁。如果这个对象没被锁定，或者当前线程已经拥有了那个对象锁，把锁的计算器加1，相应的，在执行monitorexit指令时会将锁计算器就减1，当计算器为0时，锁就被释放了。如果获取对象锁失败，那当前线程就要阻塞，直到对象锁被另一个线程释放为止。

3.3、用volatile修饰，多线程去操作++，线程安全吗？那如何才能保证i++线程安全？

• 不安全
  • volatile只能保证可见性，并不能保证原子性。
  • i++实际上会被分成多步完成：
    • 获取i的值；
    • 执行i+1；
    • 将结果赋值给i。
  • volatile只能保证这3步不被重排序，多线程情况下，可能两个线程同时获取i，执行i+1，然后都赋值结果2，实际上应该进行两次+1操作。
• 如何才能保证i++线程安全
  • 可以使用java.util.concurrent.atomic包下的原子类，如AtomicInteger。其实现原理是采用CAS自旋操作更新值。

4、CAS原理

4.1、CAS原理是什么

• CAS即compare and swap的缩写，中文翻译成比较并交换。CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。自旋就是不断尝试CAS操作直到成功为止。

4.2、CAS实现原子操作会出现什么问题

• ABA问题。因为CAS需要在操作之的时候，检查值有没有发生变化，如果没有发生变化则更新，但是如果一个值原来是A，变成，有变成A，那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化，但实际上发生了变化。ABA问题可以通过添加版本号来解决。Java 1.5开始，JDK的Atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。
• 循环时间长开销大。pause指令优化。
• 只能保证一个共享变量的原子操作。可以合并成一个对象进行CAS操作。