面试学习——线程篇

Thread的生命周期

指线程从创建到销毁的整个过程。在线程的生命周期中，可能会经历不同的状态变化。

线程的运行状态：

• NEW：线程对象被创建，未启动线程

• READY：start()启动

• RUNNABLE（可以运行的线程状态）：线程已被加载到线程调度器的就绪队列中，等待CPU的调度执行。

• RUNNING：线程正在执行，执行过程中可能会因为线程间的切换、等待某个条件满足等原因进入阻塞状态。

• BLOCKED：线程被阻塞，因为等待某种资源（如等待I/O操作完成、锁竞争如：sync）

• Dead：线程执行完毕或者因异常而终止。

ThreadLocal了解吗

• ThreadLocal提供线程局部变量。在多线程环境下，每个线程都拥有自己的 ThreadLocal 变量副本，各线程之间的变量互不影响，这样可以有效避免数据同步问题，提高程序效率。
• 基本原理：每个 Thread 都有一个 ThreadLocalMap 类型的成员变量，用于存储当前线程的 ThreadLocal 值，
  ThreadLocalMap 的键是 ThreadLocal 对象，而值是我们真正存储的数据，通常需要子类重写initialValue()方法以提供初始值。
• hreadLocalMap键是弱引用，这意味着当没有强引用指向 ThreadLocal 对象时，它会被垃圾回收器回收。如果 ThreadLocal 被回收了，而其对应的值还在 ThreadLocalMap 中，则会出现内存泄漏。因此，在使用完 ThreadLocal 后，最好手动调用 remove() 方法清理。
• ThreadLocal 的使用场景主要是在多线程环境下需要保持线程安全的数据隔离。

使用场景：

1. 日志跟踪：在分布式系统中，可以使用 ThreadLocal 来存储请求的唯一标识，比如请求 ID。这样，在不同的线程中都可以方便地获取到请求 ID，方便进行日志跟踪和排查问题。
2. 用户上下文：在 Web 应用程序中，可以使用 ThreadLocal 存储用户的上下文信息，比如用户的登录状态、权限等。这样，在不同的线程中都可以方便地获取到用户的上下文信息，避免频繁地传递参数。
   RequestContextHolder中ThreadLocal 使用ThreadLocal 保存请求属性值，（token等认证信息）
3. 线程池：在使用线程池的情况下，如果需要在线程之间传递一些上下文信息或者状态，可以使用 ThreadLocal 来存储这些信息。比如，在 Web 应用程序中，可以将用户信息存储在 ThreadLocal 中，以便在不同的线程中访问。

线程池的意义

• 线程池是 Java 中的一个重要线程管理工具，它可以有效地管理多个线程，提高程序的性能。
• 线程池的意义和作用如下：
• 提高程序性能：线程池可以有效地减少线程创建和销毁的开销，提高程序的性能。
• 降低资源消耗：线程池可以有效地控制线程数量，避免创建过多的线程导致资源消耗过大。
• 提高线程的可管理性：线程池可以对线程进行统一管理，方便进行线程的调度和控制。
• 实现线程的复用：线程池可以将线程进行复用，避免频繁创建和销毁线程。

线程池原理、线程池由什么组成

• 线程池是一种多线程处理形式，它通过维护一组可复用的线程资源来高效地执行多个任务。线程池的核心原理在于减少线程创建和销毁的开销，同时通过合理的调度策略来管理和控制并发执行的任务队列，以提高系统整体性能。

线程池管理器（ThreadPool Manager）：

• 负责创建和销毁线程池。
• 控制线程池的大小，即线程池中工作线程的最大数量。
• 提供添加新任务、拒绝任务、调整线程池参数等操作。

工作线程（Worker Threads 或 Pool Workers）：

• 线程池中的线程实体，它们是真正的任务执行者。
• 当没有任务时，工作线程会处于等待状态或者循环检查任务队列。
• 当有新的任务到达时，线程池管理器会选择一个空闲的工作线程来执行任务。

任务接口（Task Interface）：

• 任务通常需要实现特定的接口（如 Java 中的 Runnable 或 Callable 接口），以便可以被工作线程调度执行。
• 任务接口定义了任务的行为，包括任务的具体执行逻辑以及可能的返回值（对于 Callable 接口而言）。

任务队列（Task Queue 或 Work Queue）：

• 一种线程安全的数据结构（如 Java 中的 BlockingQueue），用于存储待执行的任务。
• 工作线程从该队列中取出任务进行执行，当队列为空时，工作线程可以采取不同的策略，如等待、休眠或终止。

线程工厂（Thread Factory）（可选组成部分）：

• 用于创建新线程实例的工厂类，可以根据需要定制线程的属性，比如设置名称、优先级等。

拒绝策略（Rejected Execution Handler）：

• 当线程池饱和（例如：所有工作线程都在忙碌，并且任务队列已满）时，拒绝策略将决定如何处理无法放入队列的新提交的任务，常见的拒绝策略包括直接丢弃、抛出异常、调用自定义回调函数等。

线程池7个参数、线程池执行流程

线程池的7个参数如下：

• corePoolSize：核心线程池大小。核心线程池中的线程会一直存活，即使没有任务需要执行。
• maximumPoolSize：最大线程池大小。最大线程池大小是线程池可以创建的最大线程数。
• keepAliveTime：线程空闲时间。线程空闲时间超过 keepAliveTime 时，线程会被销毁。
• unit：keepAliveTime 的单位。
• workQueue：任务队列。线程池会将任务放入任务队列中，等待线程执行。
• threadFactory：线程工厂。线程池会使用线程工厂创建线程。
• handler：饱和策略。当任务队列满了，并且线程池中的线程都处于工作状态时，线程池会使用饱和策略来处理新提交的任务。

线程池的执行流程如下：

1. 当有任务提交到线程池时，线程池会先检查核心线程池是否有空闲线程。如果有空闲线程，则会直接将任务分配给空闲线程执行。
2. 如果核心线程池中没有空闲线程，则会检查线程池的最大线程池大小。如果线程池的最大线程池大小没有达到，则会创建一个新的线程来执行任务。
3. 如果线程池的最大线程池大小已经达到，则会将任务放入任务队列中。
4. 如果任务队列满了，则会根据饱和策略来处理新提交的任务。常见的饱和策略包括抛出异常、丢弃任务、阻塞任务提交线程或者执行调用者的线程来执行任务。

线程池、核心线程数、最大线程数怎么设置的？

• 线程池按业务进行分类、执行

1. CPU密集型：

   • 核心线程数不超过 CPU 核心数
   • 最大线程数 CPU 核心数 + 1

2. IO密集型：

   • 核心线程数量 CPU 核心数 2 倍
   • 最大线程数量 CPU 核心数 2 倍 + 1

介绍一下知道有哪些阻塞队列

1. ArrayBlockingQueue：

• 它是一个由数组支持的有界FIFO（先进先出）队列。
• 创建时需要指定容量大小，并且这个容量是固定的，无法扩容。
• 插入操作（offer、put）和移除操作（poll、take）在队列满或空时会阻塞线程，直到空间可用或者有元素可取。

2. LinkedBlockingQueue：

• 一个基于链表结构的阻塞队列，默认情况下可以动态扩展到Integer.MAX_VALUE，但也可以在创建时指定容量上限使其变为有界队列。
• 同样遵循FIFO原则，但在内部实现上更灵活，适合大容量存储。
• 具有与ArrayBlockingQueue相似的阻塞特性。

3. PriorityBlockingQueue：

• 这是一个无界的优先级队列，根据元素的自然排序（通过Comparable接口）或自定义Comparator排序决定元素的优先级。
• 当队列为空时，take操作会阻塞等待；当队列非空时，总是取出并返回优先级最高的元素。
• 注意，插入到此队列中的元素必须实现Comparable接口或者提供Comparator，否则将抛出异常。

4. SynchronousQueue：

• 这是一种特殊的无缓冲队列，它不存储元素，而是在生产者放入元素的同时匹配一个消费者取出元素。
• 如果没有正在等待的消费者，则试图放入元素的操作将会阻塞，同样地，如果没有可用的元素，那么消费者尝试获取元素也会被阻塞。
• SynchronousQueue通常用于传递任务而不是存储任务，它可以强制执行“工作窃取”策略，即每个插入的任务都会立即交给另一个线程处理。

5. DelayQueue：

• 这是一个无界队列，其中包含实现了Delayed接口的对象，只有当对象的延迟时间到期后才能从队列中获取到。
• 能够按照延迟时间顺序进行处理，例如定时任务调度器。

6. LinkedTransferQueue：

• 基于链表的无界并发队列，除了基础的插入和删除功能外，还提供了transfer方法，该方法可以使生产者线程直接将元素传输给消费者线程，如果当前没有消费者等待，则生产者线程会被阻塞。

常见的阻塞队列有哪些、自己有实现过吗

实现 BlockingQueue 接口可以提供以下能力：

1. 阻塞生产者线程：当队列已满时， add() 方法会阻塞生产者线程，直到队列有空闲位置。
2. 阻塞消费者线程：当队列为空时， remove() 方法会阻塞消费者线程，直到队列有元素可供消费。
3. 非阻塞添加和删除： offer() 方法可以向队列中添加元素，如果队列已满则返回 false ，不会阻塞生产者线程。 poll() 方法可以从队列中删除元素，如果队列为空则返回 null ，不会阻塞消费者线程。
4. 获取队列大小： size() 方法可以获取队列中当前的元素数量。
5. 判断队列是否为空： isEmpty() 方法可以判断队列是否为空。
6. 判断元素是否存在： contains() 方法可以判断队列中是否存在指定元素。
7. 遍历队列： iterator() 方法可以获取队列的迭代器，用于遍历队列中的元素。
8. 清空队列： clear() 方法可以清空队列中的所有元素。

阻塞队列的使用场景如下：

1. 生产者-消费者模型：阻塞队列常用于实现生产者-消费者模型，生产者向队列中添加任务，消费者从队列中获取任务并执行。阻塞队列可以确保生产者和消费者之间的协调和平衡。
2. 线程池：线程池中的任务队列通常使用阻塞队列来存储待执行的任务。当线程池中的线程都在执行任务时，新提交的任务会被阻塞，直到有空闲线程可用。
3. 消息传递：阻塞队列可以用于不同线程之间的消息传递。一个线程将消息放入队列，另一个线程从队列中获取消息进行处理。阻塞队列可以确保线程间的同步和顺序执行。
4. 并发编程：在并发编程中，阻塞队列可以用于线程间的同步和通信。多个线程可以通过阻塞队列进行数据交换和协作。

• 总之， BlockingQueue 接口的实现提供了一种线程安全的、具有阻塞能力的队列，适用于多线程环境下的任务调度、消息传递和并发编程等场景。

对BlockQueue的理解

• 阻塞队列可以用于实现生产者-消费者模型，提供线程安全的数据传递和协调机制。

主要特点：

1. 阻塞操作：当队列已满时，生产者线程尝试向队列中添加元素时会被阻塞，直到队列有空闲位置。当队列为空时，消费者线程尝试从队列中获取元素时会被阻塞，直到队列有可用元素。
2. 线程安全：阻塞队列提供了线程安全的操作，多个线程可以同时操作队列而不会导致数据不一致或竞态条件。

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• CAS（Compare and Swap）是一种并发编程中常用的原子操作，用于实现多线程环境下的线程安全。
• CAS操作是一种乐观锁的实现方式，它通过比较预期值和实际值来判断是否存在竞争条件，从而避免了传统锁的开销。
• Unsafe类提供了一些方法，可以直接进行CAS操作。
• concurrnet.atomic包下AtomicLong等实现CAS乐观锁

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