面试题：Java多线程与进程在并发控制机制上的深度剖析

1. 特点对比

多线程并发控制

轻量级：线程共享进程资源，创建和销毁开销小，切换成本低。锁机制如synchronized关键字或java.util.concurrent.locks包下的锁，操作简单，能快速实现对共享资源的同步访问。信号量Semaphore可控制同时访问特定资源的线程数量。
数据共享方便：同一进程内线程共享内存空间，数据交互容易，但也正因如此，需更谨慎处理数据一致性问题。

进程并发控制

重量级：进程拥有独立的内存空间，创建和销毁开销大，进程间切换成本高。通过管道、消息队列、共享内存、信号量、套接字等IPC（Inter - Process Communication）机制实现进程间通信与并发控制。
数据隔离性好：每个进程有独立内存，数据安全性高，一个进程崩溃一般不影响其他进程，但进程间通信相对复杂。

2. 适用场景对比

多线程适用场景

计算密集型任务：如复杂的数值计算，多个线程可利用多核CPU并行计算，提高计算效率。例如，矩阵乘法的并行计算，不同线程负责矩阵不同部分的乘法运算。
I/O密集型任务：在等待I/O操作（如网络请求、文件读取）时，线程可释放CPU资源去执行其他任务，提高系统整体效率。如网络爬虫程序，多个线程可同时发起不同网页的请求。

进程适用场景

需要高可靠性的场景：由于进程间相互独立，一个进程出现故障不会影响其他进程，适用于关键服务，如数据库服务器的不同服务模块采用进程方式部署。
跨机器分布式场景：进程间通过套接字等方式可方便实现跨机器通信，用于构建分布式系统，如分布式文件系统中不同节点以进程形式运行并相互协作。

3. 可能出现的问题及避免方法

多线程

死锁问题：多个线程相互等待对方释放锁，导致程序卡死。
- 避免方法：破坏死锁的四个必要条件（互斥、占有并等待、不可剥夺、循环等待）。例如，按顺序加锁，所有线程获取锁的顺序一致；设置超时时间，线程获取锁超过一定时间则放弃。
- 示例：

class DeadlockExample {
    private static final Object lock1 = new Object();
    private static final Object lock2 = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock1) {
                System.out.println("Thread 1 acquired lock1");
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (lock2) {
                    System.out.println("Thread 1 acquired lock2");
                }
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock2) {
                System.out.println("Thread 2 acquired lock2");
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (lock1) {
                    System.out.println("Thread 2 acquired lock1");
                }
            }
        });

        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

通过调整加锁顺序可避免死锁，如让两个线程都先获取lock1再获取lock2。

数据竞争问题：多个线程同时读写共享数据导致数据不一致。
- 避免方法：使用同步机制，如synchronized关键字、Lock接口等对共享数据的访问进行同步。
- 示例：

class DataRaceExample {
    private static int counter = 0;

    public static void main(String[] args) {
        Thread[] threads = new Thread[10];
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            threads[i] = new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    synchronized (DataRaceExample.class) {
                        counter++;
                    }
                }
            });
            threads[i].start();
        }

        for (Thread thread : threads) {
            try {
                thread.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("Final counter value: " + counter);
    }
}

进程

同步与通信复杂问题：进程间通信机制相对复杂，使用不当易导致数据传输错误或同步问题。
- 避免方法：使用成熟的IPC框架，如Apache Mina等，简化进程间通信与同步逻辑。仔细设计通信协议，确保数据的准确传输和同步。
- 示例：在使用共享内存进行进程间通信时，要通过信号量等机制确保一个进程写入数据时，其他进程不会同时读取或写入，防止数据损坏。

// 简单的共享内存和信号量示例（C语言，假设在Linux环境）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <semaphore.h>

#define SHM_SIZE 1024

int main() {
    key_t key = ftok(".", 'a');
    int shmid = shmget(key, SHM_SIZE, IPC_CREAT | 0666);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget");
        exit(1);
    }

    char *shared_memory = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
    if (shared_memory == (void *)-1) {
        perror("shmat");
        exit(1);
    }

    sem_t *sem = sem_open("/mysem", O_CREAT, 0666, 1);
    if (sem == SEM_FAILED) {
        perror("sem_open");
        exit(1);
    }

    // 写入数据前获取信号量
    sem_wait(sem);
    sprintf(shared_memory, "Hello from process");
    // 写入数据后释放信号量
    sem_post(sem);

    sem_close(sem);
    sem_unlink("/mysem");
    shmdt(shared_memory);
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
    return 0;
}

资源消耗问题：进程创建和维护开销大，过多进程会导致系统资源耗尽。
- 避免方法：合理规划进程数量，根据系统资源（如内存、CPU）情况动态调整进程数。例如，使用进程池技术，复用已创建的进程，减少进程创建和销毁开销。

星途面试题库

面试题：Java多线程与进程在并发控制机制上的深度剖析

知识考点

面试题答案

1. 特点对比

多线程并发控制

进程并发控制

2. 适用场景对比

多线程适用场景

进程适用场景

3. 可能出现的问题及避免方法

多线程

进程