Java面试必备：线程与进程、多线程同步、内存管理深度解析

"Java面试题，涵盖进程与线程的区别、TreeMap的定义、线程停止、多线程编程最佳实践、Java编码方案及其特点、唤醒阻塞线程的方法、内存区域的解释以及多线程同步策略和自旋锁的概念。" ### 1. 进程与线程的区别 **进程**是一个在内存中运行的应用程序，每个程序运行时都会成为一个独立的进程，拥有自己的资源，如代码、数据和系统资源。**线程**是进程内部的执行单元，它共享进程的资源，拥有独立的程序计数器、栈和局部变量。进程间的资源是独立的，而线程间可以共享数据。进程切换代价较高，线程切换则相对较低。 ### 2. TreeMap的定义 TreeMap是Java集合框架中的一种有序映射（Map）实现，它基于红黑树数据结构。TreeMap保证了插入的键值对按照其键的自然顺序（或提供的比较器）进行排序。这使得TreeMap可以提供有序的遍历，同时支持高效的查找、插入和删除操作。 ### 3. 如何停止一个正在运行的线程 在Java中，无法直接停止一个线程。通常建议通过设置标志位来通知线程停止工作，然后在线程的run()方法中检查这个标志位，当标志位为true时，线程会自行结束。使用`Thread.interrupt()`可以中断线程，但并不保证线程会立即停止，需要在代码中处理InterruptedException。 ### 4. 多线程编程的最佳实践 - 使用`ExecutorService`管理线程池，避免线程创建和销毁的开销。 - 尽量避免长时间阻塞操作，如I/O操作。 - 合理使用同步机制，如`synchronized`关键字、`ReentrantLock`等，防止竞态条件。 - 使用原子类（`java.util.concurrent.atomic`包）减少锁的使用。 - 避免死锁、活锁和饥饿现象。 - 实现`Runnable`接口而不是继承`Thread`类，除非需要直接继承其他类。 ### 5. Java语言编码方案及特点 Java语言默认采用UTF-8编码方案，它是Unicode字符集的一个变体，具有广泛的字符支持，能够处理多种语言的字符。UTF-8的特点包括： - 变长编码，节省空间，对英文字符效率高。 - 兼容ASCII码。 - 不同长度的字节序列代表不同的字符，有助于错误检测。 ### 6. 唤醒一个阻塞的线程 在Java中，可以使用`Object`类的`notify()`或`notifyAll()`方法唤醒等待在该对象监视器上的线程。但需要注意，被唤醒的线程并不会立即执行，而是进入就绪状态，等待CPU的下一个调度。 ### 7. 内存中的栈、堆和方法区的用法 - **栈**：用于存储基本类型和对象引用，以及方法调用时的局部变量。栈内存的分配和释放非常快，但大小有限。 - **堆**：存放所有实例对象和数组。堆内存的大小可动态扩展，并且线程间共享。 - **方法区**（在Java 8之后被元空间取代）：存储类信息、常量、静态变量和编译后的代码。同样为所有线程共享。 ### 8. 多线程同步方法 - `synchronized` 关键字：用于方法或代码块，确保同一时间只有一个线程执行特定代码。 - `Lock` 接口和实现类（如`ReentrantLock`）：提供了比`synchronized`更细粒度的锁控制。 - `volatile` 关键字：确保多线程环境下的可见性和有序性，但不保证原子性。 - `wait()`, `notify()` 和 `notifyAll()`：用于对象级别的同步，线程通过这些方法等待或唤醒其他线程。 - `CyclicBarrier` 和 `Semaphore`：提供同步和计数器功能，用于协调多个线程的执行。 ### 9. 自旋锁 自旋锁是一种非阻塞的同步机制。当线程尝试获取一个被其他线程占用的锁时，自旋锁会让线程循环等待（即“自旋”），直到锁变为可用状态。自旋锁适用于持有锁的时间很短的情况，因为它避免了线程上下文切换的开销，但如果持有锁的时间较长，自旋会消耗大量CPU资源。在Java中，`java.util.concurrent.locks.LockSupport.parkNanos()` 和 `LockSupport.unpark(Thread)` 可用于实现自旋锁。