JAVA多線程和並發基礎面試問答

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進程和線程之間有什麼不同？
一個進程是一個獨立(self contained)的運行環境，它可以被看作一個程式或者一個應用。而線程是在進程中執行的一個任務。Java運行環境是一個包含了不同的類和程式的單一進程。線程可以被稱為輕量級進程。線程需要較少的資源來建立和駐留在進程中，並且可以共用進程中的資源。

多線程編程的好處是什嗎？
在多線程程式中，多個線程被並發的執行以提高程式的效率，CPU不會因為某個線程需要等待資源而進入空閑狀態。多個線程共用堆記憶體(heap memory)，因此建立多個線程去執行一些任務會比建立多個進程更好。舉個例子，Servlets比CGI更好，是因為Servlets支援多線程而CGI不支援。
使用者線程和守護線程有什麼區別？
當我們在Java程式中建立一個線程，它就被稱為使用者線程。一個守護線程是在後台執行並且不會阻止JVM終止的線程。當沒有使用者線程在啟動並執行時候，JVM關閉程式並且退出。一個守護線程建立的子線程依然是守護線程。

我們如何建立一個線程？
有兩種建立線程的方法：一是實現Runnable介面，然後將它傳遞給Thread的建構函式，建立一個Thread對象；二是直接繼承Thread類。

有哪些不同的線程生命週期？
當我們在Java程式中建立一個線程時，它的狀態是New。當我們調用線程的start()方法時，狀態被改變為Runnable。線程調度器會為Runnable線程池中的線程分配CPU時間並且講它們的狀態改變為Running。其他的線程狀態還有Waiting，Blocked和Dead。

可以直接調用Thread類的run()方法嗎？
當然可以，但是如果我們調用了Thread的run()方法，它的行為就會和普通的方法一樣，為了在新的線程中執行我們的代碼，必須使用Thread.start()方法。

如何讓正在啟動並執行線程暫停一段時間？
我們可以使用Thread類的Sleep()方法讓線程暫停一段時間。需要注意的是，這並不會讓線程終止，一旦從休眠中喚醒線程，線程的狀態將會被改變為Runnable，並且根據線程調度，它將得到執行。

你對線程優先順序的理解是什嗎？
每一個線程都是有優先順序的，一般來說，高優先順序的線程在運行時會具有優先權，但這依賴於線程調度的實現，這個實現是和作業系統相關的(OS dependent)。我們可以定義線程的優先順序，但是這並不能保證高優先順序的線程會在低優先順序的線程前執行。線程優先順序是一個int變數(從1-10)，1代表最低優先順序，10代表最高優先順序。

什麼是線程調度器和時間分區？
線程調度器是一個作業系統服務，它負責為Runnable狀態的線程分配CPU時間。一旦我們建立一個線程並啟動它，它的執行便依賴於線程調度器的實現。時間分區是指將可用的CPU時間分配給可用的Runnable線程的過程。分配CPU時間可以基於線程優先順序或者線程等待的時間。線程調度並不受到Java虛擬機器控制，所以由應用程式來控制它是更好的選擇（也就是說不要讓你的程式依賴於線程的優先順序）。

在多線程中，什麼是環境切換？
環境切換是儲存和恢複CPU狀態的過程，它使得線程執行能夠從中斷點恢複執行。環境切換是多任務作業系統和多線程環境的基本特徵。

為什麼Thread類的sleep()和yield()方法是靜態？
Thread類的sleep()和yield()方法將在當前正在執行的線程上運行。所以在其他處於等待狀態的線程上調用這些方法是沒有意義的。這就是為什麼這些方法是靜態。它們可以在當前正在執行的線程中工作，並避免程式員錯誤的認為可以在其他非運行線程調用這些方法。

如何確保安全執行緒？
在Java中可以有很多方法來保證安全執行緒——同步，使用原子類(atomic concurrent classes)，實現並發鎖，使用volatile關鍵字，使用不變類和安全執行緒類。線上程安全教程中，你可以學到更多。

如何建立守護線程？
使用Thread類的setDaemon(true)方法可以將線程設定為守護線程，需要注意的是，需要在調用start()方法前調用這個方法，否則會拋出IllegalThreadStateException異常。

什麼是ThreadLocal?
ThreadLocal用於建立線程的本地變數，我們知道一個對象的所有線程會共用它的全域變數，所以這些變數不是安全執行緒的，我們可以使用同步技術。但是當我們不想使用同步的時候，我們可以選擇ThreadLocal變數。
每個線程都會擁有他們自己的Thread變數，它們可以使用get()set()方法去擷取他們的預設值或者線上程內部改變他們的值。ThreadLocal執行個體通常是希望它們同線程狀態關聯起來是private static屬性。

什麼是Executors架構？
Executor架構同java.util.concurrent.Executor 介面在Java 5中被引入。Executor架構是一個根據一組執行策略調用，調度，執行和控制的非同步任務的架構。
無限制的建立線程會引起應用程式記憶體溢出。所以建立一個線程池是個更好的的解決方案，因為可以限制線程的數量並且可以回收再利用這些線程。利用Executors架構可以非常方便的建立一個線程池。

什麼是Callable和Future?
Java 5在concurrency包中引入了java.util.concurrent.Callable 介面，它和Runnable介面很相似，但它可以返回一個對象或者拋出一個異常。
Callable介面使用泛型去定義它的傳回型別。Executors類提供了一些有用的方法去線上程池中執行Callable內的任務。由於Callable任務是並行的，我們必須等待它返回的結果。java.util.concurrent.Future對象為我們解決了這個問題。線上程池提交Callable任務後返回了一個Future對象，使用它我們可以知道Callable任務的狀態和得到Callable返回的執行結果。Future提供了get()方法讓我們可以等待Callable結束並擷取它的執行結果。

什麼是FutureTask?
FutureTask是Future的一個基礎實現，我們可以將它同Executors使用處理非同步任務。通常我們不需要使用FutureTask類，單當我們打算重寫Future介面的一些方法並保持原來基礎的實現是，它就變得非常有用。我們可以僅僅繼承於它並重寫我們需要的方法。

什麼是並發容器的實現？
Java集合類都是快速失敗的，這就意味著當集合被改變且一個線程在使用迭代器遍曆集合的時候，迭代器的next()方法將拋出ConcurrentModificationException異常。
並發容器支援並發的遍曆和並發的更新。
主要的類有ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList 和CopyOnWriteArraySet。

Executors類是什嗎？
Executors為Executor，ExecutorService，ScheduledExecutorService，ThreadFactory和Callable類提供了一些工具方法。
Executors可以用於方便的建立線程池。

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