知识点整理，Java并发编程面试题（二）

港控/mmm° 2023-07-13 13:52 3阅读 0赞

## 写在前面 ##

整理了一些互联网大厂的面试题，这些面试题经常会被问到，也是作为Java工程师需要掌握的一些知识点，毕竟理论和实践的结合，才是王道，分片整理，每天嗑些知识点，快乐每一天，**如果对你有帮助，记得点个关注和点个赞哦**。

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## 并发编程三要素？ ##

*  原子性 原子性指的是一个或者多个操作，要么全部执行并且在执行的过程中不被其他操 作打断，要么就全部都不执行。
 *  可见性 可见性指多个线程操作一个共享变量时，其中一个线程对变量进行修改后，其他 线程可以立即看到修改的结果。
 *  有序性 有序性，即程序的执行顺序按照代码的先后顺序来执行。

## 实现可见性的方法有哪些？ ##

synchronized 或者 Lock：保证同一个时刻只有一个线程获取锁执行代码，锁释放 之前把最新的值刷新到主内存，实现可见性。

## 多线程的价值？ ##

*  发挥多核 CPU 的优势 多线程，可以真正发挥出多核 CPU 的优势来，达到充分利用 CPU 的目的，采用多 线程的方式去同时完成几件事情而不互相干扰。
 *  防止阻塞 从程序运行效率的角度来看，单核 CPU 不但不会发挥出多线程的优势，反而会因 为在单核 CPU 上运行多线程导致线程上下文的切换，而降低程序整体的效率。但 是单核 CPU 我们还是要应用多线程，就是为了防止阻塞。试想，如果单核 CPU 使 用单线程，那么只要这个线程阻塞了，比方说远程读取某个数据吧，对端迟迟未 返回又没有设置超时时间，那么你的整个程序在数据返回回来之前就停止运行了。 多线程可以防止这个问题，多条线程同时运行，哪怕一条线程的代码执行读取数 据阻塞，也不会影响其它任务的执行。
 *  便于建模 这是另外一个没有这么明显的优点了。假设有一个大的任务 A，单线程编程，那么 就要考虑很多，建立整个程序模型比较麻烦。但是如果把这个大的任务 A 分解成 几个小任务，任务 B、任务 C、任务 D，分别建立程序模型，并通过多线程分别运 行这几个任务，那就简单很多了。

## 创建线程的有哪些方式？ ##

*  继承 Thread 类创建线程类
 *  通过 Runnable 接口创建线程类
 *  通过 Callable 和 Future 创建线程
 *  通过线程池创建

## 创建线程的三种方式的对比？ ##

*  **采用实现 Runnable、Callable 接口的方式创建多线程**

**优势是**： 线程类只是实现了 Runnable 接口或 Callable 接口，还可以继承其他类。 在这种方式下，多个线程可以共享同一个 target 对象，所以非常适合多个相同线 程来处理同一份资源的情况，从而可以将 CPU、代码和数据分开，形成清晰的模 型，较好地体现了面向对象的思想。  
**劣势是**： 编程稍微复杂，如果要访问当前线程，则必须使用`Thread.currentThread()`方法。

*  使用继承 Thread 类的方式创建多线程

**优势是**： 编写简单，如果需要访问当前线程，则无需使用 Thread.currentThread()方法， 直接使用 this 即可获得当前线程。  
**劣势是**： 线程类已经继承了 Thread 类，所以不能再继承其他父类。

*  Runnable 和 Callable 的区别
    
     *  Callable 规定（重写）的方法是 call()，Runnable 规定（重写）的方法是 run()。
     *  Callable 的任务执行后可返回值，而 Runnable 的任务是不能返回值的。
     *  Call 方法可以抛出异常，run 方法不可以。
     *  运行 Callable 任务可以拿到一个 Future 对象，表示异步计算的结果。它提供 了检查计算是否完成的方法，以等待计算的完成，并检索计算的结果。通过 Future 对象可以了解任务执行情况，可取消任务的执行，还可获取执行结果。

## Java线程具有五中基本状态 ##

*  **新建状态（New）**：当线程对象对创建后，即进入了新建状态，如：`Thread t = new MyThread()；`
 *  **就绪状态（Runnable）**：当调用线程对象的 start()方法（`t.start();`），线程即进入就绪状态。处于就绪状态的线程，只是说明此线程已经做好了准备，随时 等待 CPU 调度执行，并不是说执行了 t.start()此线程立即就会执行；
 *  **运行状态（Running）**：当 CPU 开始调度处于就绪状态的线程时，此时线程 才得以真正执行，即进入到运行状态。注：就 绪状态是进入到运行状态的唯一入 口，也就是说，线程要想进入运行状态执行，首先必须处于就绪状态中；
 *  **阻塞状态（Blocked）**：处于运行状态中的线程由于某种原因，暂时放弃对 CPU 的使用权，停止执行，此时进入阻塞状态，直到其进入到就绪状态，才有机会再 次被 CPU 调用以进入到运行状态。

**根据阻塞产生的原因不同，阻塞状态又可以分为三种**：

*  **等待阻塞**：运行状态中的线程执行 wait()方法，使本线程进入到等待阻塞状态；
 *  **同步阻塞**：线程在获取 synchronized 同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)， 它会进入同步阻塞状态；
 *  **其他阻塞**：通过调用线程的 sleep()或 join()或发出了 I/O 请求时，线程会进入 到阻塞状态。当 sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者 I/O 处理 完毕时，线程重新转入就绪状态。
 *  **死亡状态（Dead）**：线程执行完了或者因异常退出了 run()方法，该线程结束 生命周期。

## 什么是线程池？有哪几种创建方式？ ##

线程池就是提前创建若干个线程，如果有任务需要处理，线程池里的线程就会处 理任务，处理完之后线程并不会被销毁，而是等待下一个任务。由于创建和销毁 线程都是消耗系统资源的，所以当你想要频繁的创建和销毁线程的时候就可以考 虑使用线程池来提升系统的性能。 java 提供了一个 `java.util.concurrent.Executor` 接口的实现用于创建线程池。

## 四种线程池的创建 ##

*  newCachedThreadPool 创建一个可缓存线程池
 *  newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数。
 *  newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执 行。
 *  newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工 作线程来执行任务。

## 线程池的优点？ ##

*  重用存在的线程，减少对象创建销毁的开销。
 *  可有效的控制最大并发线程数，提高系统资源的使用率，同时避免过多资源竞 争，避免堵塞。
 *  提供定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能。

## 常用的并发工具类有哪些？ ##

*  CountDownLatch
 *  CyclicBarrier
 *  Semaphore
 *  Exchanger

## CyclicBarrier和CountDownLatch的区别 ##

*  CountDownLatch 简单的说就是一个线程等待，直到他所等待的其他线程都执 行完成并且调用 countDown()方法发出通知后，当前线程才可以继续执行。
 *  cyclicBarrier 是所有线程都进行等待，直到所有线程都准备好进入 await()方 法之后，所有线程同时开始执行！
 *  CountDownLatch 的计数器只能使用一次。而 CyclicBarrier 的计数器可以使 用 reset() 方法重置。所以 CyclicBarrier 能处理更为复杂的业务场景，比如如果 计算发生错误，可以重置计数器，并让线程们重新执行一次。
 *  CyclicBarrier 还提供其他有用的方法，比如 getNumberWaiting 方法可以获 得 CyclicBarrier阻塞的线程数量。isBroken方法用来知道阻塞的线程是否被中断。 如果被中断返回 true，否则返回 false。

## synchronized的作用？ ##

在 Java 中，synchronized 关键字是用来控制线程同步的，就是在多线程的环境 下，控制 synchronized 代码段不被多个线程同时执行。 synchronized 既可以加在一段代码上，也可以加在方法上。

## volatile关键字的作用 ##

对于可见性，Java 提供了 volatile 关键字来保证可见性。 当一个共享变量被 volatile 修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存，当 有其他线程需要读取时，它会去内存中读取新值。 从实践角度而言，volatile 的一个重要作用就是和 CAS 结合，保证了原子性，详 细的可以参见 java.util.concurrent.atomic 包下的类，比如 AtomicInteger。

## 什么是CAS ##

CAS 是 compare and swap 的缩写，即我们所说的比较交换。 cas 是一种基于锁的操作，而且是乐观锁。在 java 中锁分为乐观锁和悲观锁。悲 观锁是将资源锁住，等一个之前获得锁的线程释放锁之后，下一个线程才可以访问。而乐观锁采取了一种宽泛的态度，通过某种方式不加锁来处理资源，比如通 过给记录加 version 来获取数据，性能较悲观锁有很大的提高。

CAS 操作包含三个操作数 —— 内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。如 果内存地址里面的值和 A 的值是一样的，那么就将内存里面的值更新成 B。CAS 是通过无限循环来获取数据的，若果在第一轮循环中，a 线程获取地址里面的值被 b 线程修改了，那么 a 线程需要自旋，到下次循环才有可能机会执行。 `java.util.concurrent.atomic` 包下的类大多是使用 CAS 操作来实现的 ( `AtomicInteger,AtomicBoolean,AtomicLong`)。

## CAS的问题 ##

*  **CAS 容易造成 ABA 问题**  
    一个线程 a 将数值改成了 b，接着又改成了 a，此时 CAS 认为是没有变化，其实 是已经变化过了，而这个问题的解决方案可以使用版本号标识，每操作一次 version 加 1。在 java5 中，已经提供了 AtomicStampedReference 来解决问题。
 *  **不能保证代码块的原子性**  
    CAS 机制所保证的知识一个变量的原子性操作，而不能保证整个代码块的原子性。 比如需要保证 3 个变量共同进行原子性的更新，就不得不使用 synchronized 了。
 *  **CAS 造成 CPU 利用率增加**  
    之前说过了 CAS 里面是一个循环判断的过程，如果线程一直没有获取到状态，cpu 资源会一直被占用。

## 什么是Future？ ##

在并发编程中，我们经常用到非阻塞的模型，在之前的多线程的三种实现中，不 管是继承 thread 类还是实现 runnable 接口，都无法保证获取到之前的执行结果。 通过实现 Callback 接口，并用 Future 可以来接收多线程的执行结果。 Future 表示一个可能还没有完成的异步任务的结果，针对这个结果可以添加 Callback 以便在任务执行成功或失败后作出相应的操作。

## 什么是AQS ##

AQS 是 `AbustactQueuedSynchronizer` 的简称，它是一个 Java 提高的底层同步 工具类，用一个 int 类型的变量表示同步状态，并提供了一系列的 CAS 操作来管 理这个同步状态。 AQS 是一个用来构建锁和同步器的框架，使用 AQS 能简单且高效地构造出应用广 泛的大量的同步器，比如我们提到的 ReentrantLock，Semaphore，其他的诸如 `ReentrantReadWriteLock，SynchronousQueue，FutureTask` 等等皆是基于 AQS 的。

## AQS支持两种同步方式 ##

*  独占式
 *  共享式

这样方便使用者实现不同类型的同步组件，独占式如 ReentrantLock，共享式如 Semaphore，CountDownLatch，组合式的如 ReentrantReadWriteLock。总之， AQS 为使用提供了底层支撑，如何组装实现，使用者可以自由发挥。

## ReadWriteLock是什么 ##

首先明确一下，不是说 ReentrantLock 不好，只是 ReentrantLock 某些时候有局限。如果使用 ReentrantLock，可能本身是为了防止线程 A 在写数据、线程 B 在 读数据造成的数据不一致，但这样，如果线程 C 在读数据、线程 D 也在读数据， 读数据是不会改变数据的，没有必要加锁，但是还是加锁了，降低了程序的性能。 因为这个，才诞生了读写锁 ReadWriteLock。ReadWriteLock 是一个读写锁接口， ReentrantReadWriteLock 是 ReadWriteLock 接口的一个具体实现，实现了读写的分离，读锁是共享的，写锁是独占的，读和读之间不会互斥，读和写、写和读、 写和写之间才会互斥，提升了读写的性能。

## FutureTask是什么 ##

这个其实前面有提到过，FutureTask 表示一个异步运算的任务。FutureTask 里面 可以传入一个 Callable 的具体实现类，可以对这个异步运算的任务的结果进行等 待获取、判断是否已经完成、取消任务等操作。当然，由于 FutureTask 也是Runnable 接口的实现类，所以 FutureTask 也可以放入线程池中。

## synchronized和ReentrantLock的区别 ##

synchronized 是和 `if、else、for、while` 一样的关键字，ReentrantLock 是类， 这是二者的本质区别。既然 ReentrantLock 是类，那么它就提供了比 synchronized 更多更灵活的特性，可以被继承、可以有方法、可以有各种各样的 类变量，ReentrantLock 比 synchronized 的扩展性体现在几点上：

*  ReentrantLock 可以对获取锁的等待时间进行设置，这样就避免了死锁
 *  ReentrantLock 可以获取各种锁的信息
 *  ReentrantLock 可以灵活地实现多路通知 另外，二者的锁机制其实也是不一样的。ReentrantLock 底层调用的是 Unsafe 的 park 方法加锁，synchronized 操作的应该是对象头中 mark word，这点我不能 确定。

## 什么是乐观锁和悲观锁 ##

乐观锁：就像它的名字一样，对于并发间操作产生的线程安全问题持乐观状态， 乐观锁认为竞争不总是会发生，因此它不需要持有锁，将比较-替换这两个动作作为一个原子操作尝试去修改内存中的变量，如果失败则表示发生冲突，那么就应 该有相应的重试逻辑。

悲观锁：还是像它的名字一样，对于并发间操作产生的线程安全问题持悲观状 态，悲观锁认为竞争总是会发生，因此每次对某资源进行操作时，都会持有一个 独占的锁，就像 synchronized，不管三七二十一，直接上了锁就操作资源了。

## 线程B怎么知道线程A修改了变量 ##

*  volatile 修饰变量
 *  synchronized 修饰修改变量的方法
 *  wait/notify
 *  while 轮询

## synchronized、volatile、CAS比较 ##

*  synchronized 是悲观锁，属于抢占式，会引起其他线程阻塞。
 *  volatile 提供多线程共享变量可见性和禁止指令重排序优化。
 *  CAS 是基于冲突检测的乐观锁（非阻塞）

## sleep方法和wait方法有什么区别? ##

这个问题常问，sleep 方法和 wait 方法都可以用来放弃 CPU 一定的时间，不同点 在于如果线程持有某个对象的监视器，sleep 方法不会放弃这个对象的监视器， wait 方法会放弃这个对象的监视器

## ThreadLocal是什么？有什么用？ ##

ThreadLocal 是一个本地线程副本变量工具类。主要用于将私有线程和该线程存 放的副本对象做一个映射，各个线程之间的变量互不干扰，在高并发场景下，可 以实现无状态的调用，特别适用于各个线程依赖不通的变量值完成操作的场景。 简单说 ThreadLocal 就是一种以空间换时间的做法，在每个 Thread 里面维护了 一个以开地址法实现的 `ThreadLocal.ThreadLocalMap`，把数据进行隔离，数据 不共享，自然就没有线程安全方面的问题了。

## 为什么wait()方法和notify()/notifyAll()方法要在同步块中被调用 ##

这是 JDK 强制的，wait()方法和 notify()/notifyAll()方法在调用前都必须先获得对 象的锁

## 多线程同步有哪几种方法？ ##

Synchronized 关键字，Lock 锁实现，分布式锁等。

## 线程的调度策略 ##

线程调度器选择优先级最高的线程运行，但是，如果发生以下情况，就会终止线 程的运行：

*  线程体中调用了 yield 方法让出了对 cpu 的占用权利
 *  线程体中调用了 sleep 方法使线程进入睡眠状态
 *  线程由于 IO 操作受到阻塞
 *  另外一个更高优先级线程出现
 *  在支持时间片的系统中，该线程的时间片用完

## ConcurrentHashMap的并发度是什么 ##

ConcurrentHashMap 的并发度就是 segment 的大小，默认为 16，这意味着最 多同时可以有 16 条线程操作 ConcurrentHashMap，这也是 ConcurrentHashMap 对 Hashtable 的最大优势，任何情况下，Hashtable 能同 时有两条线程获取 Hashtable 中的数据吗？

## Linux环境下如何查找哪个线程使用CPU最长 ##

*  获取项目的 pid，jps 或者 ps -ef | grep java，这个前面有讲过
 *  top -H -p pid，顺序不能改变

## Java死锁以及如何避免？ ##

Java 中的死锁是一种编程情况，其中两个或多个线程被永久阻塞，Java 死锁情况 出现至少两个线程和两个或更多资源。 Java 发生死锁的根本原因是：在申请锁时发生了交叉闭环申请。

## 死锁的原因 ##

*  **是多个线程涉及到多个锁，这些锁存在着交叉，所以可能会导致了一个锁依赖 的闭环**。  
    例如：线程在获得了锁 A 并且没有释放的情况下去申请锁 B，这时，另一个线程 已经获得了锁 B，在释放锁 B 之前又要先获得锁 A，因此闭环发生，陷入死锁循环。
 *  **默认的锁申请操作是阻塞的**。  
    所以要避免死锁，就要在一遇到多个对象锁交叉的情况，就要仔细审查这几个对 象的类中的所有方法，是否存在着导致锁依赖的环路的可能性。总之是尽量避免 在一个同步方法中调用其它对象的延时方法和同步方法。

## 怎么唤醒一个阻塞的线程 ##

如果线程是因为调用了 wait()、sleep()或者 join()方法而导致的阻塞，可以中断线 程，并且通过抛出 InterruptedException 来唤醒它；如果线程遇到了 IO 阻塞， 无能为力，因为 IO 是操作系统实现的，Java 代码并没有办法直接接触到操作系统。

## 不可变对象对多线程有什么帮助 ##

前面有提到过的一个问题，不可变对象保证了对象的内存可见性，对不可变对象 的读取不需要进行额外的同步手段，提升了代码执行效率。

## 什么是多线程的上下文切换 ##

多线程的上下文切换是指 CPU 控制权由一个已经正在运行的线程切换到另外一个 就绪并等待获取 CPU 执行权的线程的过程。

## 如果你提交任务时，线程池队列已满，这时会发生什么 ##

这里区分一下：

*  如果使用的是无界队列 LinkedBlockingQueue，也就是无界队列的话，没关 系，继续添加任务到阻塞队列中等待执行，因为 LinkedBlockingQueue 可以近乎 认为是一个无穷大的队列，可以无限存放任务
 *  如果使用的是有界队列比如 ArrayBlockingQueue，任务首先会被添加到 ArrayBlockingQueue 中，ArrayBlockingQueue 满了，会根据 maximumPoolSize 的值增加线程数量，如果增加了线程数量还是处理不过来， ArrayBlockingQueue 继续满，那么则会使用拒绝策略 RejectedExecutionHandler 处理满了的任务，默认是 AbortPolicy

## Java中用到的线程调度算法是什么 ##

抢占式。一个线程用完 CPU 之后，操作系统会根据线程优先级、线程饥饿情况等 数据算出一个总的优先级并分配下一个时间片给某个线程执行。

## 什么是线程调度器(Thread Scheduler)和时间分片(TimeSlicing)？ ##

线程调度器是一个操作系统服务，它负责为 Runnable 状态的线程分配 CPU 时间。 一旦我们创建一个线程并启动它，它的执行便依赖于线程调度器的实现。时间分 片是指将可用的 CPU 时间分配给可用的 Runnable 线程的过程。分配 CPU 时间可 以基于线程优先级或者线程等待的时间。线程调度并不受到 Java 虚拟机控制，所 以由应用程序来控制它是更好的选择（也就是说不要让你的程序依赖于线程的优 先级）。

## 什么是自旋 ##

很多 synchronized 里面的代码只是一些很简单的代码，执行时间非常快，此时等 待的线程都加锁可能是一种不太值得的操作，因为线程阻塞涉及到用户态和内核 态切换的问题。既然 synchronized 里面的代码执行得非常快，不妨让等待锁的线程不要被阻塞，而是在 synchronized 的边界做忙循环，这就是自旋。如果做了多 次忙循环发现还没有获得锁，再阻塞，这样可能是一种更好的策略。

## JavaConcurrencyAPI中的Lock接口(Lockinterface)是什么？对比同步它有什么优势？ ##

Lock 接口比同步方法和同步块提供了更具扩展性的锁操作。他们允许更灵活的结 构，可以具有完全不同的性质，并且可以支持多个相关类的条件对象。 它的优势有：

*  可以使锁更公平
 *  可以使线程在等待锁的时候响应中断
 *  可以让线程尝试获取锁，并在无法获取锁的时候立即返回或者等待一段时间
 *  可以在不同的范围，以不同的顺序获取和释放锁

## 单例模式的线程安全性 ##

老生常谈的问题了，首先要说的是单例模式的线程安全意味着：某个类的实例在 多线程环境下只会被创建一次出来。单例模式有很多种的写法，我总结一下：

*  饿汉式单例模式的写法：线程安全
 *  懒汉式单例模式的写法：非线程安全
 *  双检锁单例模式的写法：线程安全

## Semaphore有什么作用 ##

Semaphore 就是一个信号量，它的作用是限制某段代码块的并发数。Semaphore 有一个构造函数，可以传入一个 int 型整数 n，表示某段代码最多只有 n 个线程可 以访问，如果超出了 n，那么请等待，等到某个线程执行完毕这段代码块，下一个线程再进入。由此可以看出如果 Semaphore 构造函数中传入的 int 型整数 n=1， 相当于变成了一个 synchronized 了。

## Executors类是什么？ ##

Executors 为 Executor，ExecutorService，ScheduledExecutorService， ThreadFactory 和 Callable 类提供了一些工具方法。 Executors 可以用于方便的创建线程池

## 线程类的构造方法、静态块是被哪个线程调用的 ##

这是一个非常刁钻和狡猾的问题。请记住：线程类的构造方法、静态块是被 new 这个线程类所在的线程所调用的，而 run 方法里面的代码才是被线程自身所调用 的。 如果说上面的说法让你感到困惑，那么我举个例子，假设 Thread2 中 new 了 Thread1，main 函数中 new 了 Thread2，那么： 1、Thread2 的构造方法、静态块是 main 线程调用的，Thread2 的 run()方法是 Thread2 自己调用的 2、Thread1 的构造方法、静态块是 Thread2 调用的，Thread1 的 run()方法是 Thread1 自己调用的

## 同步方法和同步块，哪个是更好的选择? ##

同步块，这意味着同步块之外的代码是异步执行的，这比同步整个方法更提升代 码的效率。请知道一条原则：同步的范围越小越好。

## Java线程数过多会造成什么异常？ ##

*  线程的生命周期开销非常高
 *  消耗过多的 CPU 资源 如果可运行的线程数量多于可用处理器的数量，那么有线程将会被闲置。大量空 闲的线程会占用许多内存，给垃圾回收器带来压力，而且大量的线程在竞争 CPU 资源时还将产生其他性能的开销。
 *  降低稳定性 JVM 在可创建线程的数量上存在一个限制，这个限制值将随着平台的不同而不同， 并且承受着多个因素制约，包括 JVM 的启动参数、Thread 构造函数中请求栈的 大小，以及底层操作系统对线程的限制等。如果破坏了这些限制，那么可能抛出 OutOfMemoryError 异常。

[MyBatis]: https://blog.csdn.net/DBC_121/article/details/104757436
[ZooKeeper]: https://blog.csdn.net/DBC_121/article/details/104769726
[Dubbo]: https://blog.csdn.net/DBC_121/article/details/104779397
[Elasticsearch]: https://blog.csdn.net/DBC_121/article/details/104780657
[Redis]: https://blog.csdn.net/DBC_121/article/details/104793278
[MySQL]: https://blog.csdn.net/DBC_121/article/details/104793719
[Java]: https://blog.csdn.net/DBC_121/article/details/104821961
[Java 1]: https://blog.csdn.net/DBC_121/article/details/104823383
[Java 2]: https://dengbocong.blog.csdn.net/article/details/104881611