并發(fā)編程的優(yōu)缺點(diǎn)

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為什么要使用并發(fā)編程（并發(fā)編程的優(yōu)點(diǎn)）

充分利用多核CPU的計(jì)算能力：通過并發(fā)編程的形式可以將多核CPU的計(jì)算能力發(fā)揮到極致，性能得到提升方便進(jìn)行業(yè)務(wù)拆分，提升系統(tǒng)并發(fā)能力和性能：

在特殊的業(yè)務(wù)場(chǎng)景下，先天的就適合于并發(fā)編程。現(xiàn)在的系統(tǒng)動(dòng)不動(dòng)就要求百萬級(jí)甚至千萬

級(jí)的并發(fā)量，而多線程并發(fā)編程正是開發(fā)高并發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，利用好多線程機(jī)制可以大大提高系統(tǒng)整體的并發(fā)能力以及性能。

面對(duì)復(fù)雜業(yè)務(wù)模型，并行程序會(huì)比串行程序更適應(yīng)業(yè)務(wù)需求，而并發(fā)編程更能吻合這種業(yè)務(wù)拆分 。

并發(fā)編程有什么缺點(diǎn)

并發(fā)編程的目的就是為了能提高程序的執(zhí)行效率，提高程序運(yùn)行速度，但是并發(fā)編程并不總是能提高程序運(yùn)行速度的，而且并發(fā)編程可能會(huì)遇到很多問題，

比如

**：內(nèi)存泄漏、上下文切換、線程安全、死鎖**等問題。

并發(fā)編程三要素是什么？在 Java 程序中怎么保證多線程的運(yùn)行安全？

并發(fā)編程三要素（線程的安全性問題體現(xiàn)在）：

原子性：原子，即一個(gè)不可再被分割的顆粒。原子性指的是一個(gè)或多個(gè)操作要么全部執(zhí)行成功要么全部執(zhí)行失敗。

可見性：一個(gè)線程對(duì)共享變量的修改,另一個(gè)線程能夠立刻看到。

（synchronized,volatile）

有序性：程序執(zhí)行的順序按照代碼的先后順序執(zhí)行。（處理器可能會(huì)對(duì)指令進(jìn)行重排序）

出現(xiàn)線程安全問題的原因：

線程切換帶來的原子性問題

緩存導(dǎo)致的可見性問題

編譯優(yōu)化帶來的有序性問題

解決辦法：

JDK Atomic開頭的原子類、synchronized、LOCK，可以解決原子性問題

synchronized、volatile、LOCK，可以解決可見性問題

Happens-Before 規(guī)則可以解決有序性問題

并行和并發(fā)有什么區(qū)別？

并發(fā)：多個(gè)任務(wù)在同一個(gè) CPU 核上，按細(xì)分的時(shí)間片輪流(交替)執(zhí)行，從邏輯上來看那些任務(wù)是同時(shí)執(zhí)行。

并行：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，多個(gè)處理器或多核處理器同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)，是真正意義上的“同時(shí)進(jìn)行”。

串行：有n個(gè)任務(wù)，由一個(gè)線程按順序執(zhí)行。由于任務(wù)、方法都在一個(gè)線程執(zhí)行所以不存在線程不安全情況，也就不存在臨界區(qū)的問題。做一個(gè)形象的比喻：

并發(fā) = 兩個(gè)隊(duì)列和一臺(tái)咖啡機(jī)。

并行 = 兩個(gè)隊(duì)列和兩臺(tái)咖啡機(jī)。

串行 = 一個(gè)隊(duì)列和一臺(tái)咖啡機(jī)。

什么是多線程，多線程的優(yōu)劣？

多線程：多線程是指程序中包含多個(gè)執(zhí)行流，即在一個(gè)程序中可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)不同的線程來執(zhí)行不同的任務(wù)。

多線程的好處：

可以提高 CPU 的利用率。在多線程程序中，一個(gè)線程必須等待的時(shí)候，CPU 可以運(yùn)行其它的線程而不是等待，這樣就大大提高了程序的效率。也就是說允許單個(gè)程序創(chuàng)建多個(gè)并行執(zhí)行的線程來完成各自的任務(wù)。

多線程的劣勢(shì)：

線程也是程序，所以線程需要占用內(nèi)存，線程越多占用內(nèi)存也越多；

多線程需要協(xié)調(diào)和管理，所以需要 CPU 時(shí)間跟蹤線程；

線程之間對(duì)共享資源的訪問會(huì)相互影響，必須解決競(jìng)用共享資源的問題。

線程和進(jìn)程區(qū)別

什么是線程和進(jìn)程?

進(jìn)程

一個(gè)在內(nèi)存中運(yùn)行的應(yīng)用程序。每個(gè)進(jìn)程都有自己獨(dú)立的一塊內(nèi)存空間，一個(gè)進(jìn)程可以有多個(gè)線程，比如在Windows系統(tǒng)中，一個(gè)運(yùn)行的xx.exe就是一個(gè)進(jìn)程。

線程

進(jìn)程中的一個(gè)執(zhí)行任務(wù)（控制單元），負(fù)責(zé)當(dāng)前進(jìn)程中程序的執(zhí)行。一個(gè)進(jìn)程至少有一個(gè)線程，一個(gè)進(jìn)程可以運(yùn)行多個(gè)線程，多個(gè)線程可共享數(shù)據(jù)。

進(jìn)程與線程的區(qū)別

線程具有許多傳統(tǒng)進(jìn)程所具有的特征，故又稱為輕型進(jìn)程(Light—WeightProcess)或進(jìn)程元；而把傳統(tǒng)的進(jìn)程稱為重型進(jìn)程(Heavy—Weight Process)，它相當(dāng)于只有一個(gè)線程的任務(wù)。在引入了線程的操作系統(tǒng)中，通常一個(gè)進(jìn)程都有若干個(gè)線程，至少包含一個(gè)線程。根本區(qū)別：進(jìn)程是操作系統(tǒng)資源分配的基本單位，而線程是處理器任務(wù)調(diào)度和執(zhí)行的基本單位

資源開銷：每個(gè)進(jìn)程都有獨(dú)立的代碼和數(shù)據(jù)空間（程序上下文），程序之間的切換會(huì)有較大的開銷；線程可以看做輕量級(jí)的進(jìn)程，同一類線程共享代碼和數(shù)據(jù)空間，每個(gè)線程都有自己獨(dú)立的運(yùn)行棧和程序計(jì)數(shù)器（PC），線程之間切換的開銷小。

包含關(guān)系：如果一個(gè)進(jìn)程內(nèi)有多個(gè)線程，則執(zhí)行過程不是一條線的，而是多條線（線程）共同完成的；線程是進(jìn)程的一部分，所以線程也被稱為輕權(quán)進(jìn)程或者輕量級(jí)進(jìn)程。

內(nèi)存分配：同一進(jìn)程的線程共享本進(jìn)程的地址空間和資源，而進(jìn)程之間的地址空間和資源是相互獨(dú)立的

影響關(guān)系：一個(gè)進(jìn)程崩潰后，在保護(hù)模式下不會(huì)對(duì)其他進(jìn)程產(chǎn)生影響，但是一個(gè)線程崩潰整個(gè)進(jìn)程都死掉。所以多進(jìn)程要比多線程健壯。

執(zhí)行過程：每個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程有程序運(yùn)行的入口、順序執(zhí)行序列和程序出口。但是線程不能獨(dú)立執(zhí)行，必須依存在應(yīng)用程序中，由應(yīng)用程序提供多個(gè)線程執(zhí)行控制，兩者均可并發(fā)執(zhí)行

什么是上下文切換?

多線程編程中一般線程的個(gè)數(shù)都大于 CPU 核心的個(gè)數(shù)，而一個(gè) CPU 核心在任意時(shí)刻只能被一個(gè)線程使用，為了讓這些線程都能得到有效執(zhí)行，CPU 采取的策略是為每個(gè)線程分配時(shí)間片并輪轉(zhuǎn)的形式。當(dāng)一個(gè)線程的時(shí)間片用完的時(shí)候就會(huì)重新處于就緒狀態(tài)讓給其他線程使用，這個(gè)過程就屬于一次上下文切換。

概括來說就是：當(dāng)前任務(wù)在執(zhí)行完 CPU 時(shí)間片切換到另一個(gè)任務(wù)之前會(huì)先保存自己的狀態(tài)，以便下次再切換回這個(gè)任務(wù)時(shí)，可以再加載這個(gè)任務(wù)的狀態(tài)。任務(wù)從保存到再加載的過程就是一次上下文切換。

上下文切換通常是計(jì)算密集型的。也就是說，它需要相當(dāng)可觀的處理器時(shí)間，在每秒幾十上百次的切換中，每次切換都需要納秒量級(jí)的時(shí)間。所以，上下文切換對(duì)系統(tǒng)來說意味著消耗大量的 CPU 時(shí)間，事實(shí)上，可能是操作系統(tǒng)中時(shí)間消耗最大的操作。

Linux 相比與其他操作系統(tǒng)（包括其他類 Unix 系統(tǒng)）有很多的優(yōu)點(diǎn)，其中有一項(xiàng)就是，其上下文切換和模式切換的時(shí)間消耗非常少。

守護(hù)線程和用戶線程有什么區(qū)別呢？

守護(hù)線程和用戶線程

用戶 (User) 線程：運(yùn)行在前臺(tái)，執(zhí)行具體的任務(wù)，如程序的主線程、連接網(wǎng)絡(luò)的子線程等都是用戶線程

守護(hù) (Daemon) 線程：運(yùn)行在后臺(tái)，為其他前臺(tái)線程服務(wù)。也可以說守護(hù)線程是 JVM 中非守護(hù)線程的 “傭人”。一旦所有用戶線程都結(jié)束運(yùn)行，守護(hù)線程會(huì)隨JVM 一起結(jié)束工作

main 函數(shù)所在的線程就是一個(gè)用戶線程啊，main 函數(shù)啟動(dòng)的同時(shí)在 JVM 內(nèi)部同時(shí)還啟動(dòng)了好多守護(hù)線程，比如垃圾回收線程。

比較明顯的區(qū)別之一是用戶線程結(jié)束，JVM 退出，不管這個(gè)時(shí)候有沒有守護(hù)線程運(yùn)行。而守護(hù)線程不會(huì)影響 JVM 的退出。

注意事項(xiàng)：

1. setDaemon(true)必須在start()方法前執(zhí)行，否則會(huì)拋出IllegalThreadStateException 異常

2. 在守護(hù)線程中產(chǎn)生的新線程也是守護(hù)線程

3. 不是所有的任務(wù)都可以分配給守護(hù)線程來執(zhí)行，比如讀寫操作或者計(jì)算邏輯

4. 守護(hù) (Daemon) 線程中不能依靠 finally 塊的內(nèi)容來確保執(zhí)行關(guān)閉或清理資源的邏輯。因?yàn)槲覀兩厦嬉舱f過了一旦所有用戶線程都結(jié)束運(yùn)行，守護(hù)線程會(huì)隨 JVM 一起結(jié)束工作，所以守護(hù) (Daemon) 線程中的 finally 語句塊可能無法被執(zhí)行。

如何在 Windows 和 Linux 上查找哪個(gè)線程cpu利用率最高？

windows上面用任務(wù)管理器看，linux下可以用 top 這個(gè)工具看。

1. 找出cpu耗用厲害的進(jìn)程pid， 終端執(zhí)行top命令，然后按下shift+p 查找出cpu利用最厲害的pid號(hào)

2. 根據(jù)上面第一步拿到的pid號(hào)，top -H -p pid 。然后按下shift+p，查找出cpu利用率最厲害的線程號(hào)，比如top -H -p 1328

3. 將獲取到的線程號(hào)轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制，去百度轉(zhuǎn)換一下就行

4. 使用jstack工具將進(jìn)程信息打印輸出，jstack pid號(hào) > /tmp/t.dat，比如jstack 31365 > /tmp/t.dat5. 編輯/tmp/t.dat文件，查找線程號(hào)對(duì)應(yīng)的信息

什么是線程死鎖

百度百科：死鎖是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的進(jìn)程（線程）在執(zhí)行過程中，由于競(jìng)爭(zhēng)資源或者由于彼此通信而造成的一種阻塞的現(xiàn)象，若無外力作用，它們都將無法推進(jìn)下去。此時(shí)稱系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)或系統(tǒng)產(chǎn)生了死鎖，這些永遠(yuǎn)在互相等待的進(jìn)程（線程）稱為死鎖進(jìn)程（線程）。

多個(gè)線程同時(shí)被阻塞，它們中的一個(gè)或者全部都在等待某個(gè)資源被釋放。由于線程被無限期地阻塞，因此程序不可能正常終止。

如下圖所示，線程 A 持有資源 2，線程 B 持有資源 1，他們同時(shí)都想申請(qǐng)對(duì)方的資源，所以這兩個(gè)線程就會(huì)互相等待而進(jìn)入死鎖狀態(tài)。

下面通過一個(gè)例子來說明線程死鎖，代碼模擬了上圖的死鎖的情況 (代碼來源于《并發(fā)編程之美》)：

輸出結(jié)果

Thread[線程 1,5,main]get resource1Thread[線程 2,5,main]get resource2Thread[線程

1,5,main]waiting get resource2Thread[線程 2,5,main]waiting get resource1

線程 A 通過 synchronized (resource1) 獲得 resource1 的監(jiān)視器鎖，然后通過Thread.sleep(1000)；讓線程 A 休眠 1s 為的是讓線程 B 得到CPU執(zhí)行權(quán)，然后獲取到 resource2 的監(jiān)視器鎖。線程 A 和線程 B 休眠結(jié)束了都開始企圖請(qǐng)求獲取對(duì)方的資源，然后這兩個(gè)線程就會(huì)陷入互相等待的狀態(tài)，這也就產(chǎn)生了死鎖。上面的例子符合產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件。

形成死鎖的四個(gè)必要條件是什么

1. 互斥條件：線程(進(jìn)程)對(duì)于所分配到的資源具有排它性，即一個(gè)資源只能被一個(gè)線程(進(jìn)程)占用，直到被該線程(進(jìn)程)釋放

2. 請(qǐng)求與保持條件：一個(gè)線程(進(jìn)程)因請(qǐng)求被占用資源而發(fā)生阻塞時(shí)，對(duì)已獲得的資源保持不放。

3. 不剝奪條件：線程(進(jìn)程)已獲得的資源在末使用完之前不能被其他線程強(qiáng)行剝奪，只有自己使用完畢后才釋放資源。

4. 循環(huán)等待條件：當(dāng)發(fā)生死鎖時(shí)，所等待的線程(進(jìn)程)必定會(huì)形成一個(gè)環(huán)路（類似于死循環(huán)），造成永久阻塞

如何避免線程死鎖

我們只要破壞產(chǎn)生死鎖的四個(gè)條件中的其中一個(gè)就可以了。

破壞互斥條件

這個(gè)條件我們沒有辦法破壞，因?yàn)槲覀冇面i本來就是想讓他們互斥的（臨界資源需要互斥訪問）。

破壞請(qǐng)求與保持條件

一次性申請(qǐng)所有的資源。破壞不剝奪條件

占用部分資源的線程進(jìn)一步申請(qǐng)其他資源時(shí)，如果申請(qǐng)不到，可以主動(dòng)釋放它占有的資源。

破壞循環(huán)等待條件

靠按序申請(qǐng)資源來預(yù)防。按某一順序申請(qǐng)資源，釋放資源則反序釋放。破壞循環(huán)等待條件。

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