JAVA多线程和并发基础面试问答(翻译)

为了实现该攻略，首先我们需要明确一些关键点，如何理解多线程和并发，以及一些常见的面试问题和答案。

理解多线程和并发

在理解多线程和并发之前，先需要知道进程和线程的概念。

进程

在计算机科学中，进程是一个电脑程序运行时的实例。一个程序至少有一个进程。在操作系统中，进程是资源分配和调度的一个单位，每个进程都有其专用的地址空间、代码段、数据段和系统栈。

线程

线程是进程中的一个单独的执行路径，一个进程可以包含多个线程。线程是一种轻量级的进程，并且多个线程可以共享同一个进程的内存空间。线程可以极大提高程序运行的速度和效率，特别是在多核CPU的情况下。

并发

并发是指两个或多个事件或任务在同一时间间隔内同时发生。在计算机领域中，它特别指多个线程以及它们所共享的资源在同一时间间隔内进行的不同操作。

多线程

多线程是指一个程序运行时创建多个并发执行的线程。在多线程中，每个线程都是独立的，且能在不干扰其他线程的情况下执行其任务。

常见面试问题和答案

以下是一些常见的关于多线程和并发的面试问题和答案。

1. 什么是线程安全？

线程安全是指在多线程环境下，同一个程序在运行时具有正确的行为，不受其他线程的干扰。线程安全通常是通过同步实现的，包括使用synchronized关键字、使用volatile关键字等。

2. 什么是活锁和死锁？

死锁和活锁都是多线程环境下的一种互斥问题。死锁是指两个或多个线程持有对方需要的锁，从而导致所有线程都无法继续运行的情况。活锁是指两个或多个线程一直尝试着响应对方的动作，却无法推进的情况。

3. 什么是线程池？

线程池是程序中管理多个线程的一种机制，它可以提高多线程操作的效率和稳定性。线程池包含多个工作线程，它们一起处理任务队列中的任务。线程池可以更好地管理CPU和内存资源，保障程序的稳定和高效。

4. 什么是CAS？

CAS（Compare and Swap）是一种无锁算法，它是一种原子性操作，在多线程环境下保证数据的一致性。在CAS中，当多个线程同时更新某个变量时，只有一个线程能够成功地更新。如果尝试更新的线程与当前变量值不匹配，则更新失败。

5. 什么是线程死亡？

线程的生命周期分为五个状态：新建状态、运行状态、阻塞状态、等待状态和死亡状态。当线程执行完它的任务或者出现异常时，它将进入死亡状态。线程死亡后，它的资源将被释放并且无法再次启动。

示例说明

示例一

考虑场景：处理银行账户的转账业务。

使用多线程可以很好地优化传统的转账过程，下面是示例代码：

public class Account{
    private int balance;
    public Account(int balance){
        this.balance = balance;
    }

    public void transfer(int amount, Account target){
        synchronized(this){
            balance -= amount;
            target.balance += amount;
        }
    }
}

public class TransferThread extends Thread{
    private Account source;
    private Account target;
    private int amount;

    public TransferThread(Account source, Account target, int amount){
        this.source = source;
        this.target = target;
        this.amount = amount;
    }

    public void run(){
        source.transfer(amount, target);
    }
}

public class Test{
    public static void main(String[] args){
        Account accountA = new Account(1000);
        Account accountB = new Account(2000);
        TransferThread thread1 = new TransferThread(accountA, accountB, 500);
        TransferThread thread2 = new TransferThread(accountB, accountA, 300);
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

在这个示例中，我们使用了锁来保证账户余额的正确性。具体来说，我们使用了synchronized关键字来限制每个账户在同一时间只能被一个线程访问。这样可以避免并发操作导致的余额不正确的情况。

示例二

考虑场景：多线程下的数据处理。

使用多线程可以很好地提高数据处理的效率，下面是示例代码：

public class Calculator {
    private int total;
    private int[] numbers;

    public Calculator(int[] numbers) {
        this.numbers = numbers;
    }

    public int getTotal() {
        return total;
    }

    public void calculate() {
        for (int num : numbers) {
            total += num;
        }
    }
}

public class CalculatorThread extends Thread {
    private Calculator calculator;

    public CalculatorThread(Calculator calculator) {
        this.calculator = calculator;
    }

    public void run() {
        calculator.calculate();
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
        Calculator calculator = new Calculator(numbers);
        CalculatorThread thread1 = new CalculatorThread(calculator);
        CalculatorThread thread2 = new CalculatorThread(calculator);
        thread1.start();
        thread2.start();
        try {
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(calculator.getTotal());
    }
}

在这个示例中，我们使用了多个线程同时处理数据，通过对计算器的同步进行限制，确保每个线程能正确地计算出数据的总和。同时，在主线程中调用join方法等待每个线程处理完成之后，打印数据的总和，确保数据的正确性。