"并发编程面试题精华：多线程优缺点、安全保证、死锁避免、线程调度"

并发编程是一种利用多个线程同时执行任务来提高程序性能和效率的编程方式。它具有许多优点，比如可以提高程序的响应速度和处理能力，充分利用多核处理器的性能，有效利用资源，提高程序的吞吐量等。同时，并发编程也存在一些缺点，比如会增加程序的复杂性，引入线程安全和死锁等问题，导致程序的调试和维护变得更加困难。 并发编程的三要素包括原子性、可见性和有序性。原子性指的是一个操作或者一系列操作是不可分割的，要么全部执行，要么全部不执行；可见性指的是一个线程对共享变量的修改会立刻对其他线程可见；有序性指的是程序的执行是按照一定的顺序来执行的，不会乱序执行。 在Java程序中，可以通过使用synchronized关键字、Lock等机制来保证多线程的运行安全。这些机制可以有效地避免多个线程对共享资源的争抢，确保数据的一致性和正确性。 并行和并发的区别在于，并行是指多个任务同时执行，而并发是指多个任务交替执行。并行更侧重于提高程序的性能，而并发更侧重于提高程序的响应速度和效率。 多线程是指一个进程中包含多个线程并发执行，多线程的优点包括提高程序性能，提高程序的响应速度，充分利用多核处理器的性能等。但是，多线程也会增加程序的复杂性，引入线程安全和死锁等问题。 线程与进程的区别在于，进程是操作系统分配资源的最小单位，而线程是进程中的一个执行单元。线程之间共享进程的资源，但是拥有自己的栈空间，可以并发执行，相对于进程来说更加轻量级。 线程和进程之间切换需要保存和恢复现场，这个过程就是上下文切换。上下文切换会消耗大量的系统资源，影响程序的性能。 守护线程和用户线程的区别在于，守护线程是程序在所有的用户线程结束后自动结束的线程，用来为用户线程提供服务；而用户线程是由程序员创建并控制生命周期的线程。 在Windows和Linux上查找哪个线程CPU利用率最高，可以通过查看系统的任务管理器或者使用一些监控工具来实现。 线程死锁是指两个或多个线程相互等待对方释放资源而无法继续执行的情况。形成线程死锁的必要条件包括互斥、占有和等待、非抢占和循环等待。要避免线程死锁可以通过破坏死锁的四个必要条件来实现，比如破坏循环等待，破坏占有和等待等。 创建线程的四种方式包括继承Thread类、实现Runnable接口、实现Callable接口和使用线程池。 Runnable和Callable的区别在于，Runnable中的run()方法没有返回值，而Callable中的call()方法可以返回结果或者抛出异常；Callable接口支持返回值和异常处理。 线程的run()方法用来定义线程的任务逻辑，而start()方法用来启动线程并执行run()方法。调用start()方法时会创建一个新的系统线程来执行run()方法，而直接调用run()方法只是普通的方法调用，并不会启动新的线程。 Callable和Future是用来支持异步计算的接口，Callable可以返回计算结果，而Future可以表示一个异步计算的结果。 FutureTask是Future接口的一个实现类，可以用来包装Callable或Runnable任务。 线程的生命周期包括新建状态、就绪状态、运行状态、阻塞状态和终止状态。线程调度算法主要有抢占式调度和非抢占式调度。 线程调度器是操作系统的一部分，负责控制线程的执行顺序和分配CPU资源，而时间分片是一种分时调度的机制，用来平均分配CPU时间片给不同的线程。 与线程同步相关的方法包括synchronized关键字、Lock、wait()、notify()、notifyAll()等操作。与线程调度相关的方法包括sleep()、yield()等操作，用来改变线程的执行状态。