Java 多线程、多进程、并发编程面试总结（2021年）

绝地灬酷狼 2023-01-13 10:44 161阅读 0赞

### 1. 并行和并发有什么区别？ ###

并发：多个任务在同一个 CPU 核上，按细分的时间片轮流(交替)执行，从逻辑上来看那些任务是同时执行。  
并行：单位时间内，多个处理器或多核处理器同时处理多个任务，是真正意义上的“同时进行”。  
串行：有n个任务，由一个线程按顺序执行。由于任务、方法都在一个线程执行所以不存在线程不安全情况，也就不存在临界区的问题。  
做一个形象的比喻：

> 并发 = 两个队列和一台咖啡机。
> 
> 并行 = 两个队列和两台咖啡机。
> 
> 串行 = 一个队列和一台咖啡机。

### 2. 进程与线程的区别 ###

![8c6aea9365f22e6873ae47bc57e9e2b9.png][]

线程具有许多传统进程所具有的特征，故又称为轻型进程(Light—Weight Process)或进程元；而把传统的进程称为重型进程(Heavy—Weight Process)，它相当于只有一个线程的任务。在引入了线程的操作系统中，通常一个进程都有若干个线程，至少包含一个线程。

> 根本区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是处理器任务调度和执行的基本单位
> 
> 资源开销：每个进程都有独立的代码和数据空间（程序上下文），程序之间的切换会有较大的开销；线程可以看做轻量级的进程，同一类线程共享代码和数据空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器（PC），线程之间切换的开销小。
> 
> 包含关系：如果一个进程内有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线（线程）共同完成的；线程是进程的一部分，所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。
> 
> 内存分配：同一进程的线程共享本进程的地址空间和资源，而进程之间的地址空间和资源是相互独立的
> 
> 影响关系：一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。
> 
> 执行过程：每个独立的进程有程序运行的入口、顺序执行序列和程序出口。但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制，两者均可并发执行

可以看出，CPU调度的基本单位就是线程。

**进程与线程关系**

> 1、进程与线程均是CPU执行时间段的描述。  
> 2、进程是资源分配的基本单位，线程是CPU调度的基本单位。  
> 3、一个进程里至少有一个线程。  
> 4、同一进程里的各个线程可以共享变量，它们之间的通信称之为线程间通信。  
> 5、线程可以看作粒度更小的进程。

**线程的优势**

> 1、开启新线程远比开启新进程节约资源，并且更快速。  
> 2、线程间通信比IPC简单、快捷易于理解。  
> 3、符合POSIX规范的线程可以跨平台移植。

### 3. 什么是上下文切换? ###

多线程编程中一般线程的个数都大于 CPU 核心的个数，而一个 CPU 核心在任意时刻只能被一个线程使用，为了让这些线程都能得到有效执行，CPU 采取的策略是为每个线程分配时间片并轮转的形式。当一个线程的时间片用完的时候就会重新处于就绪状态让给其他线程使用，这个过程就属于一次上下文切换。

概括来说就是：当前任务在执行完 CPU 时间片切换到另一个任务之前会先保存自己的状态，以便下次再切换回这个任务时，可以再加载这个任务的状态。任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换。

上下文切换通常是计算密集型的。也就是说，它需要相当可观的处理器时间，在每秒几十上百次的切换中，每次切换都需要纳秒量级的时间。所以，上下文切换对系统来说意味着消耗大量的 CPU 时间，事实上，可能是操作系统中时间消耗最大的操作。

Linux 相比与其他操作系统（包括其他类 Unix 系统）有很多的优点，其中有一项就是，其上下文切换和模式切换的时间消耗非常少。

### 4. 守护线程和用户线程有什么区别呢？ ###

> 用户 (User) 线程：运行在前台，执行具体的任务，如程序的主线程、连接网络的子线程等都是用户线程  
> 守护 (Daemon) 线程：运行在后台，为其他前台线程服务。也可以说守护线程是 JVM 中非守护线程的 “佣人”。一旦所有用户线程都结束运行，守护线程会随 JVM 一起结束工作  
> main 函数所在的线程就是一个用户线程啊，main 函数启动的同时在 JVM 内部同时还启动了好多守护线程，比如垃圾回收线程。

比较明显的区别之一是用户线程结束，JVM 退出，不管这个时候有没有守护线程运行。而守护线程不会影响 JVM 的退出。

**注意事项：**

> setDaemon(true)必须在start()方法前执行，否则会抛出 IllegalThreadStateException 异常  
> 在守护线程中产生的新线程也是守护线程  
> 不是所有的任务都可以分配给守护线程来执行，比如读写操作或者计算逻辑  
> 守护 (Daemon) 线程中不能依靠 finally 块的内容来确保执行关闭或清理资源的逻辑。因为我们上面也说过了一旦所有用户线程都结束运行，守护线程会随 JVM 一起结束工作，所以守护 (Daemon) 线程中的 finally 语句块可能无法被执行。

### 5. 什么是线程死锁，如何避免死锁？ ###

死锁是指两个或两个以上的进程（线程）在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程（线程）称为死锁进程（线程）。

多个线程同时被阻塞，它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞，因此程序不可能正常终止。

如下图所示，线程 A 持有资源 2，线程 B 持有资源 1，他们同时都想申请对方的资源，所以这两个线程就会互相等待而进入死锁状态。  
![线程死锁][aHR0cHM6Ly9yYXcuZ2l0aHVidXNlcmNvbnRlbnQuY29tL0pvdXJXb24vaW1hZ2UvbWFzdGVyL0phdmElRTUlQjklQjYlRTUlOEYlOTElRTclQkMlOTYlRTclQTglOEItJUU1JTlGJUJBJUU3JUExJTgwJUU3JTlGJUE1JUU4JUFGJTg2LyVFNyVCQSVCRiVFNyVBOCU4QiVFNiVBRCVCQiVFOSU5NCU4MS5wbmc]

下面通过一个例子来说明线程死锁，代码模拟了上图的死锁的情况：

public class DeadLockDemo {
        private static Object resource1 = new Object();//资源 1
        private static Object resource2 = new Object();//资源 2
    
        public static void main(String[] args) {
            new Thread(() -> {
                synchronized (resource1) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
                    synchronized (resource2) {
                        System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                    }
                }
            }, "线程 1").start();
    
            new Thread(() -> {
                synchronized (resource2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource1");
                    synchronized (resource1) {
                        System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                    }
                }
            }, "线程 2").start();
        }
    }

输出结果：

Thread[线程 1,5,main]get resource1
    Thread[线程 2,5,main]get resource2
    Thread[线程 1,5,main]waiting get resource2
    Thread[线程 2,5,main]waiting get resource1

线程 A 通过 synchronized (resource1) 获得 resource1 的监视器锁，然后通过Thread.sleep(1000)；让线程 A 休眠 1s 为的是让线程 B 得到CPU执行权，然后获取到 resource2 的监视器锁。线程 A 和线程 B 休眠结束了都开始企图请求获取对方的资源，然后这两个线程就会陷入互相等待的状态，这也就产生了死锁。上面的例子符合产生死锁的四个必要条件。  
**形成死锁的四个必要条件是什么：**

> 互斥条件：线程(进程)对于所分配到的资源具有排它性，即一个资源只能被一个线程(进程)占用，直到被该线程(进程)释放  
> 请求与保持条件：一个线程(进程)因请求被占用资源而发生阻塞时，对已获得的资源保持不放。  
> 不剥夺条件：线程(进程)已获得的资源在末使用完之前不能被其他线程强行剥夺，只有自己使用完毕后才释放资源。  
> 循环等待条件：当发生死锁时，所等待的线程(进程)必定会形成一个环路（类似于死循环），造成永久阻塞

我们只要破坏产生死锁的四个条件中的其中一个就可以了。

> **破坏互斥条件**
> 
> 这个条件我们没有办法破坏，因为我们用锁本来就是想让他们互斥的（临界资源需要互斥访问）。
> 
> **破坏请求与保持条件**
> 
> 一次性申请所有的资源。
> 
> **破坏不剥夺条件**
> 
> 占用部分资源的线程进一步申请其他资源时，如果申请不到，可以主动释放它占有的资源。
> 
> **破坏循环等待条件**
> 
> 靠按序申请资源来预防。按某一顺序申请资源，释放资源则反序释放。破坏循环等待条件。

我们对线程 2 的代码修改成下面这样就不会产生死锁了。

new Thread(() -> {
        synchronized (resource1) {
            System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
            synchronized (resource2) {
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
            }
        }
    }, "线程 2").start();
    
    输出：
    Thread[线程 1,5,main]get resource1
    Thread[线程 1,5,main]waiting get resource2
    Thread[线程 1,5,main]get resource2
    Thread[线程 2,5,main]get resource1
    Thread[线程 2,5,main]waiting get resource2
    Thread[线程 2,5,main]get resource2

线程 1 首先获得到 resource1 的监视器锁，这时候线程 2 就获取不到了。然后线程 1 再去获取 resource2 的监视器锁，可以获取到。然后线程 1 释放了对 resource1、resource2 的监视器锁的占用，线程 2 获取到就可以执行了。这样就破坏了破坏循环等待条件，因此避免了死锁。

### 6. JAVA 创建线程有哪几种方式？ ###

创建线程有四种方式：

*  继承 Thread 类；
 *  实现 Runnable 接口；
 *  实现 Callable 接口；
 *  使用 Executors 工具类创建线程池

**1， 继承 Thread 类**

步骤

1.  定义一个Thread类的子类，重写run方法，将相关逻辑实现，run()方法就是线程要执行的业务逻辑方法
2.  创建自定义的线程子类对象
3.  调用子类实例的star()方法来启动线程

public class MyThread extends Thread {
    
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run()方法正在执行...");
        }
    
    }
    
    public class TheadTest {
    
        public static void main(String[] args) {
            MyThread myThread = new MyThread(); 	
            myThread.start();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " main()方法执行结束");
        }
    
    }
    
    输出：
    main main()方法执行结束
    Thread-0 run()方法正在执行...

**2， 实现 Runnable 接口**

步骤

定义Runnable接口实现类MyRunnable，并重写run()方法  
创建MyRunnable实例myRunnable，以myRunnable作为target创建Thead对象，该Thread对象才是真正的线程对象  
调用线程对象的start()方法

public class MyRunnable implements Runnable {
    
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run()方法执行中...");
        }
    
    }
    
    public class RunnableTest {
    
        public static void main(String[] args) {
            MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
            Thread thread = new Thread(myRunnable);
            thread.start();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " main()方法执行完成");
        }
    
    }
    
    输出：
    main main()方法执行完成
    Thread-0 run()方法执行中...

**3. 实现 Callable 接口**

步骤

1.  创建实现Callable接口的类myCallable
2.  以myCallable为参数创建FutureTask对象
3.  将FutureTask作为参数创建Thread对象
4.  调用线程对象的start()方法

public class MyCallable implements Callable<Integer> {
    
        @Override
        public Integer call() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " call()方法执行中...");
            return 1;
        }
    
    }
    public class CallableTest {
    
        public static void main(String[] args) {
            FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(new MyCallable());
            Thread thread = new Thread(futureTask);
            thread.start();
    
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println("返回结果 " + futureTask.get());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " main()方法执行完成");
        }
    
    }
    
    输出：
    Thread-0 call()方法执行中...
    返回结果 1
    main main()方法执行完成

**4. 使用 Executors 工具类创建线程池**

Executors提供了一系列工厂方法用于创先线程池，返回的线程池都实现了ExecutorService接口。

主要有newFixedThreadPool，newCachedThreadPool，newSingleThreadExecutor，newScheduledThreadPool，后续详细介绍这四种线程池

public class MyRunnable implements Runnable {
    
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run()方法执行中...");
        }
    
    }
    public class SingleThreadExecutorTest {
    
        public static void main(String[] args) {
            ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
            MyRunnable runnableTest = new MyRunnable();
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                executorService.execute(runnableTest);
            }
    
            System.out.println("线程任务开始执行");
            executorService.shutdown();
        }
    
    }
    
    输出：
    线程任务开始执行
    pool-1-thread-1 is running...
    pool-1-thread-1 is running...
    pool-1-thread-1 is running...
    pool-1-thread-1 is running...
    pool-1-thread-1 is running...

### 7. 线程的 run()和 start()有什么区别？ ###

每个线程都是通过某个特定Thread对象所对应的方法run()来完成其操作的，run()方法称为线程体。通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程。

**start() 方法用于启动线程，run() 方法用于执行线程的运行时代码。run() 可以重复调用，而 start() 只能调用一次。**

> start()方法来启动一个线程，真正实现了多线程运行。调用start()方法无需等待run方法体代码执行完毕，可以直接继续执行其他的代码； 此时线程是处于就绪状态，并没有运行。 然后通过此Thread类调用方法run()来完成其运行状态， run()方法运行结束， 此线程终止。然后CPU再调度其它线程。
> 
> run()方法是在本线程里的，只是线程里的一个函数，而不是多线程的。 如果直接调用run()，其实就相当于是调用了一个普通函数而已，直接待用run()方法必须等待run()方法执行完毕才能执行下面的代码，所以执行路径还是只有一条，根本就没有线程的特征，所以在多线程执行时要使用start()方法而不是run()方法。

**因此，我们不能直接调用 run() 方法**

new 一个 Thread，线程进入了新建状态。调用 start() 方法，会启动一个线程并使线程进入了就绪状态，当分配到时间片后就可以开始运行了。 start() 会执行线程的相应准备工作，然后自动执行 run() 方法的内容，这是真正的多线程工作。

而直接执行 run() 方法，会把 run 方法当成一个 main 线程下的普通方法去执行，并不会在某个线程中执行它，所以这并不是多线程工作。

总结： 调用 start 方法方可启动线程并使线程进入就绪状态，而 run 方法只是 thread 的一个普通方法调用，还是在主线程里执行。

### 8. 线程的生命周期及五种基本状态？ ###

![线程的基本状态][format_png]

> **新建(new)：**新创建了一个线程对象。
> 
> **可运行(runnable)：**线程对象创建后，当调用线程对象的 start()方法，该线程处于就绪状态，等待被线程调度选中，获取cpu的使用权。
> 
> **运行(running)：**可运行状态(runnable)的线程获得了cpu时间片（timeslice），执行程序代码。注：就绪状态是进入到运行状态的唯一入口，也就是说，线程要想进入运行状态执行，首先必须处于就绪状态中；
> 
> **阻塞(block)：**处于运行状态中的线程由于某种原因，暂时放弃对 CPU的使用权，停止执行，此时进入阻塞状态，直到其进入到就绪状态，才 有机会再次被 CPU 调用以进入到运行状态。
> 
> 阻塞的情况分三种：  
> (一). 等待阻塞：运行状态中的线程执行 wait()方法，JVM会把该线程放入等待队列(waitting queue)中，使本线程进入到等待阻塞状态；  
> (二). 同步阻塞：线程在获取 synchronized 同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，，则JVM会把该线程放入锁池(lock pool)中，线程会进入同步阻塞状态；  
> (三). 其他阻塞: 通过调用线程的 sleep()或 join()或发出了 I/O 请求时，线程会进入到阻塞状态。当 sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者 I/O 处理完毕时，线程重新转入就绪状态。
> 
> **死亡(dead)：**线程run()、main()方法执行结束，或者因异常退出了run()方法，则该线程结束生命周期。死亡的线程不可再次复生。

### 9. 什么是线程同步和线程互斥，有哪几种实现方式？ ###

当一个线程对共享的数据进行操作时，应使之成为一个”原子操作“，即在没有完成相关操作之前，不允许其他线程打断它，否则，就会破坏数据的完整性，必然会得到错误的处理结果，这就是线程的同步。

在多线程应用中，考虑不同线程之间的数据同步和防止死锁。当两个或多个线程之间同时等待对方释放资源的时候就会形成线程之间的死锁。为了防止死锁的发生，需要通过同步来实现线程安全。

线程互斥是指对于共享的进程系统资源，在各单个线程访问时的排它性。当有若干个线程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多只允许一个线程去使用，其它要使用该资源的线程必须等待，直到占用资源者释放该资源。线程互斥可以看成是一种特殊的线程同步。

线程间的同步方法大体可分为两类：用户模式和内核模式。顾名思义，内核模式就是指利用系统内核对象的单一性来进行同步，使用时需要切换内核态与用户态，而用户模式就是不需要切换到内核态，只在用户态完成操作。

用户模式下的方法有：原子操作（例如一个单一的全局变量），临界区。内核模式下的方法有：事件，信号量，互斥量。

**实现线程同步的方法：**

> 同步代码方法：sychronized 关键字修饰的方法
> 
> 同步代码块：sychronized 关键字修饰的代码块
> 
> 使用特殊变量域volatile实现线程同步：volatile关键字为域变量的访问提供了一种免锁机制
> 
> 使用重入锁实现线程同步：reentrantlock类是可冲入、互斥、实现了lock接口的锁他与sychronized方法具有相同的基本行为和语义

### 10. JAVA中synchronized 的作用？ ###

在 Java 中，synchronized 关键字是用来控制线程同步的，就是在多线程的环境下，控制 synchronized 代码段不被多个线程同时执行。synchronized 可以修饰类、方法、变量。

另外，在 Java 早期版本中，synchronized属于重量级锁，效率低下，因为监视器锁（monitor）是依赖于底层的操作系统的 Mutex Lock 来实现的，Java 的线程是映射到操作系统的原生线程之上的。如果要挂起或者唤醒一个线程，都需要操作系统帮忙完成，而操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到内核态，这个状态之间的转换需要相对比较长的时间，时间成本相对较高，这也是为什么早期的 synchronized 效率低的原因。庆幸的是在 Java 6 之后 Java 官方对从 JVM 层面对synchronized 较大优化，所以现在的 synchronized 锁效率也优化得很不错了。JDK1.6对锁的实现引入了大量的优化，如自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化、偏向锁、轻量级锁等技术来减少锁操作的开销。

**synchronized关键字最主要的三种使用方式：**

> **修饰实例方法:** 作用于当前对象实例加锁，进入同步代码前要获得当前对象实例的锁  
> **修饰静态方法:** 也就是给当前类加锁，会作用于类的所有对象实例，因为静态成员不属于任何一个实例对象，是类成员（ static 表明这是该类的一个静态资源，不管new了多少个对象，只有一份）。所以如果一个线程A调用一个实例对象的非静态 synchronized 方法，而线程B需要调用这个实例对象所属类的静态 synchronized 方法，是允许的，不会发生互斥现象，因为访问静态 synchronized 方法占用的锁是当前类的锁，而访问非静态 synchronized 方法占用的锁是当前实例对象锁。  
> **修饰代码块:** 指定加锁对象，对给定对象加锁，进入同步代码库前要获得给定对象的锁。

### 11. 说一下 synchronized 底层实现原理？ ###

synchronized是Java中的一个关键字，在使用的过程中并没有看到显示的加锁和解锁过程。因此有必要通过javap命令，查看相应的字节码文件。

synchronized 同步语句块的情况

public class SynchronizedDemo {
        public void method() {
            synchronized (this) {
                System.out.println("synchronized 代码块");
            }
        }
    }

通过JDK 反汇编指令 javap -c -v SynchronizedDemo

![synchronized关键字原理][synchronized]

可以看出在执行同步代码块之前之后都有一个monitor字样，其中前面的是monitorenter，后面的是离开monitorexit，不难想象一个线程也执行同步代码块，首先要获取锁，而获取锁的过程就是monitorenter ，在执行完代码块之后，要释放锁，释放锁就是执行monitorexit指令。

为什么会有两个monitorexit呢？

这个主要是防止在同步代码块中线程因异常退出，而锁没有得到释放，这必然会造成死锁（等待的线程永远获取不到锁）。因此最后一个monitorexit是保证在异常情况下，锁也可以得到释放，避免死锁。  
仅有ACC\_SYNCHRONIZED这么一个标志，该标记表明线程进入该方法时，需要monitorenter，退出该方法时需要monitorexit。

synchronized可重入的原理

重入锁是指一个线程获取到该锁之后，该线程可以继续获得该锁。底层原理维护一个计数器，当线程获取该锁时，计数器加一，再次获得该锁时继续加一，释放锁时，计数器减一，当计数器值为0时，表明该锁未被任何线程所持有，其它线程可以竞争获取锁。

### 12. 说一说synchronized 和 ReentrantLock 区别是什么？ ###

synchronized 是和 if、else、for、while 一样的关键字，ReentrantLock 是类，这是二者的本质区别。既然 ReentrantLock 是类，那么它就提供了比synchronized 更多更灵活的特性，可以被继承、可以有方法、可以有各种各样的类变量

synchronized 早期的实现比较低效，对比 ReentrantLock，大多数场景性能都相差较大，但是在 Java 6 中对 synchronized 进行了非常多的改进。

**相同点：两者都是可重入锁**

两者都是可重入锁。“可重入锁”概念是：自己可以再次获取自己的内部锁。比如一个线程获得了某个对象的锁，此时这个对象锁还没有释放，当其再次想要获取这个对象的锁的时候还是可以获取的，如果不可锁重入的话，就会造成死锁。同一个线程每次获取锁，锁的计数器都自增1，所以要等到锁的计数器下降为0时才能释放锁。

**主要区别如下：**

> ReentrantLock 使用起来比较灵活，但是必须有释放锁的配合动作；  
> ReentrantLock 必须手动获取与释放锁，而 synchronized 不需要手动释放和开启锁；  
> ReentrantLock 只适用于代码块锁，而 synchronized 可以修饰类、方法、变量等。  
> 二者的锁机制其实也是不一样的。ReentrantLock 底层调用的是 Unsafe 的park 方法加锁，synchronized 操作的应该是对象头中 mark word  
> Java中每一个对象都可以作为锁，这是synchronized实现同步的基础：
> 
> 普通同步方法，锁是当前实例对象  
> 静态同步方法，锁是当前类的class对象  
> 同步方法块，锁是括号里面的对象

### 13. volatile 关键字的作用 ###

对于可见性，Java 提供了 volatile 关键字来保证可见性和禁止指令重排。 volatile 提供 happens-before 的保证，确保一个线程的修改能对其他线程是可见的。当一个共享变量被 volatile 修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存，当有其他线程需要读取时，它会去内存中读取新值。

从实践角度而言，volatile 的一个重要作用就是和 CAS 结合，保证了原子性，详细的可以参见 java.util.concurrent.atomic 包下的类，比如 AtomicInteger。

volatile 常用于多线程环境下的单次操作(单次读或者单次写)。

### 14. synchronized 和 volatile 的区别是什么？ ###

synchronized 表示只有一个线程可以获取作用对象的锁，执行代码，阻塞其他线程。

volatile 表示变量在 CPU 的寄存器中是不确定的，必须从主存中读取。保证多线程环境下变量的可见性；禁止指令重排序。

**区别**

> volatile 是变量修饰符；synchronized 可以修饰类、方法、变量。
> 
> volatile 仅能实现变量的修改可见性，不能保证原子性；而 synchronized 则可以保证变量的修改可见性和原子性。
> 
> volatile 不会造成线程的阻塞；synchronized 可能会造成线程的阻塞。
> 
> volatile标记的变量不会被编译器优化；synchronized标记的变量可以被编译器优化。
> 
> volatile关键字是线程同步的轻量级实现，所以volatile性能肯定比synchronized关键字要好。但是volatile关键字只能用于变量而synchronized关键字可以修饰方法以及代码块。synchronized关键字在JavaSE1.6之后进行了主要包括为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗而引入的偏向锁和轻量级锁以及其它各种优化之后执行效率有了显著提升，实际开发中使用 synchronized 关键字的场景还是更多一些。

### 15. 什么是原子操作？在 Java Concurrency API 中有哪些原子类(atomic classes)？ ###

原子操作（atomic operation）意为”不可被中断的一个或一系列操作” 。

处理器使用基于对缓存加锁或总线加锁的方式来实现多处理器之间的原子操作。在 Java 中可以通过锁和循环 CAS 的方式来实现原子操作。 CAS 操作——Compare & Set，或是 Compare & Swap，现在几乎所有的 CPU 指令都支持 CAS的原子操作。

原子操作是指一个不受其他操作影响的操作任务单元。原子操作是在多线程环境下避免数据不一致必须的手段。

int++并不是一个原子操作，所以当一个线程读取它的值并加 1 时，另外一个线程有可能会读到之前的值，这就会引发错误。

为了解决这个问题，必须保证增加操作是原子的，在 JDK1.5 之前我们可以使用同步技术来做到这一点。到 JDK1.5，java.util.concurrent.atomic 包提供了 int 和long 类型的原子包装类，它们可以自动的保证对于他们的操作是原子的并且不需要使用同步。

java.util.concurrent 这个包里面提供了一组原子类。其基本的特性就是在多线程环境下，当有多个线程同时执行这些类的实例包含的方法时，具有排他性，即当某个线程进入方法，执行其中的指令时，不会被其他线程打断，而别的线程就像自旋锁一样，一直等到该方法执行完成，才由 JVM 从等待队列中选择一个另一个线程进入，这只是一种逻辑上的理解。

原子类：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong，AtomicReference

原子数组：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，AtomicReferenceArray

原子属性更新器：AtomicLongFieldUpdater，AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicReferenceFieldUpdater

解决 ABA 问题的原子类：AtomicMarkableReference（通过引入一个 boolean来反映中间有没有变过），AtomicStampedReference（通过引入一个 int 来累加来反映中间有没有变过）

[8c6aea9365f22e6873ae47bc57e9e2b9.png]: /images/20221022/5647584389a64e6eb5653f09e84bb456.png
[aHR0cHM6Ly9yYXcuZ2l0aHVidXNlcmNvbnRlbnQuY29tL0pvdXJXb24vaW1hZ2UvbWFzdGVyL0phdmElRTUlQjklQjYlRTUlOEYlOTElRTclQkMlOTYlRTclQTglOEItJUU1JTlGJUJBJUU3JUExJTgwJUU3JTlGJUE1JUU4JUFGJTg2LyVFNyVCQSVCRiVFNyVBOCU4QiVFNiVBRCVCQiVFOSU5NCU4MS5wbmc]: /images/20221022/f72f19310f104b6c98ebd9eb18c52aff.png
[format_png]: /images/20221022/d78af691467e4ee5a8f67b0bac629608.png
[synchronized]: /images/20221022/f8211b5d3c524a1da3ba6dbc916db300.png