死锁和多线程常见问题

一、死锁

1.1 死锁是什么

死锁是这样一种情形：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。
通俗讲就是，尝试加锁的时候发现上次锁没有及时释放(因为一些原因，bug)，导致加锁加不上
【死锁的常见场景】

• 一个线程一把锁
  线程A针对锁1连续加锁两次，如果是不可重入锁，就死锁了
• 两个线程两把锁
  无论锁是不是可重入锁都有可能导致死锁
  举例：
  滑稽老哥和女神一起去饺子馆吃饺子. 吃饺子需要酱油和醋. 滑稽老哥抄起了酱油瓶,女神抄起了醋瓶.
  滑稽: 你先把醋瓶给我, 我用完了就把酱油瓶给你.
  女神: 你先把酱油瓶给我,我用完了就把醋瓶给你.
  如果这俩人彼此之间互不相让, 就构成了死锁. 酱油和醋相当于是两把锁,这两个人就是两个线程.
• N个线程M把锁 经典案例：哲学家进餐问题

1.2 哲学家进餐问题

【哲学家进餐问题】

• 有个桌子, 围着一圈 哲 ♂ 家, 桌子中间放着一盘意大利面. 每个哲学家两两之间, 放着一根筷子
• 每个 哲 ♂ 家 只做两件事: 思考人生 或者 吃面条. 思考人生的时候就会放下筷子. 吃面条就会拿起左右两边的筷子(先拿起左边, 再拿起右边).
• 如果 哲 ♂ 家 发现筷子拿不起来了(被别人占用了), 就会阻塞等待.
• 假设同一时刻, 五个 哲 ♂ 家 同时拿起左手边的筷子, 然后再尝试拿右手的筷子, 就会发现右手的筷子都被占用了. 由于 哲 ♂ 家 们互不相让, 这个时候就形成了 死锁
  死锁是一种严重的
  BUG!! 导致一个程序的线程 “卡死”, 无法正常工作!

1.3 产生死锁的必要条件

死锁产生的四个必要条件：

• 互斥使用，即当资源被一个线程使用(占有)时，别的线程不能使用
• 不可抢占，资源请求者不能强制从资源占有者手中夺取资源，资源只能由资源占有者主动释放。
• 请求和保持，即当资源请求者在请求其他的资源的同时保持对原有资源的占有。
• 循环等待，即存在一个等待队列：P1占有P2的资源，P2占有P3的资源，P3占有P1的资源。这样就形成了一个等待环路。

当上述四个条件都成立的时候，便形成死锁。

1.4 如何避免死锁

死锁的情况下如果打破上述任何一个条件，便可让死锁消失。其中最容易破坏的就是 “循环等待”.

【破环循环等待的方法】
最常用的一种死锁阻止技术就是锁排序. 假设有 N 个线程尝试获取 M 把锁, 就可以针对 M 把锁进行编号(1, 2, 3…M).
N 个线程尝试获取锁的时候, 都按照固定的按编号由小到大顺序来获取锁. 这样就可以避免环路等待
【避免哲学家问题发生死锁】

• 对锁进行编号

• 每个哲学家都先拿起序号小的那只筷子，只有拿起了小序号的筷子才能继续拿大序号的筷子

• 接下来，4号哲学家就能顺利拿起5号筷子，吃完后放下4和5两只筷子，接下来3、2、1和5号哲学家都能顺利进餐，不会产生死锁

锁排序，是避免死锁问题的一种方法，还有"银行家算法"也能避免死锁(但这种方法很复杂，不建议在面试中回答)

1.5 相关面试题

谈谈死锁？

1. 一句话概括
2. 产生死锁的三个典型场景
3. 死锁的必要条件
4. 解决死锁，锁排序

二、多线程常见问题

（1）谈谈volatile关键字的用法
volatile能保证内存可见性，强制从主存中读取数据，此时如果有其他线程修改被volatile修饰的变量，可以第一时间读取到最新值
（2）Java多线程是如何实现数据共享的？ Java
把内存分成了这几个区域：方法区、堆区、本地方法栈、虚拟机栈、程序计数器，其中堆区这个内存区是多个线程之间共享的。只要把某个数据放在堆内存中，就可以让多个线程都能访问到
（3） Java创建线程池的接口是什么？参数 LinkedBlockingQueue 的作用是什么？ 创建线程池主要有两种方式:

• 通过 Executors 工厂类创建. 创建方式比较简单, 但是定制能力有限.
• 通过 ThreadPoolExecutor 创建. 创建方式比较复杂, 但是定制能力强.

LinkedBlockingQueue 表示线程池的任务队列. 用户通过 submit / execute 向这个任务队列中添加任务,
再由线程池中的工作线程来执行任务. （4）Java线程共有几种状态？状态之间怎么切换的？

• NEW: 安排了工作, 还未开始行动. 新创建的线程, 还没有调用 start 方法时处在这个状态.
• RUNNABLE: 可工作的. 又可以分成正在工作中和即将开始工作. 调用 start 方法之后, 并正在CPU 上运行/在即将准备运行 的状态.
• BLOCKED: 使用 synchronized 的时候, 如果锁被其他线程占用, 就会阻塞等待, 从而进入该状态.
• WAITING: 调用 wait 方法会进入该状态.
• TIMED_WAITING: 调用 sleep 方法或者 wait(超时时间) 会进入该状态.
• TERMINATED: 工作完成了. 当线程 run 方法执行完毕后, 会处于这个状态

（5）在多线程下，如果对一个数进行叠加，该怎么做？

• 使用 synchronized / ReentrantLock 加锁
• 使用 AtomInteger 原子操作.

（6） Servlet是否是线程安全的？ Servlet 本身是工作在多线程环境下. 如果在 Servlet 中创建了某个成员变量,
此时如果有多个请求到达服务器, 服务器就会多线程进行操作, 是可能出现线程不安全的情况的.
（7）Thread和Runnable的区别和联系?
Thread 类描述了一个线程. Runnable 描述了一个任务.
在创建线程的时候需要指定线程完成的任务, 可以直接重写 Thread 的 run 方法, 也可以使用Runnable 来描述这个任务.
（8）多次start一个线程会怎么样 第一次调用 start 可以成功调用. 后续再调用 start 会抛出java.lang.IllegalThreadStateException 异常

（9）有synchronized两个方法，两个线程分别同时用这个方法，请问会发生什么？ synchronized 加在非静态方法上, 相当于针对当前对象加锁.
如果这两个方法属于同一个实例: 线程1 能够获取到锁, 并执行方法. 线程2 会阻塞等待, 直到线程1 执行完毕, 释放锁, 线程2 获取到之后才能执行方法内容.
如果这两个方法属于不同实例: 线程2继续执行两者能并发执行, 互不干扰 synchronized都加在两个静态方法上，相当于对类对象加锁
线程1能拿到锁，并执行方法，线程2阻塞等待，直到线程1执行完毕，释放锁，

（10） 进程和线程的区别？

• 进程是包含线程的. 每个进程至少有一个线程存在，即主线程。
• 进程和进程之间不共享内存空间. 同一个进程的线程之间共享同一个内存空间.
• 进程是系统分配资源的最小单位，线程是系统调度的最小单位。