JAVA多線程和併發基礎面試問答(轉)

多線程和併發問題是Java技術面試中面試官比較喜歡問的問題之一。在這裏，從面試的角度列出了大部分重要的問題，可是你仍然應該牢固的掌握Java多線程基礎知識來對應往後碰到的問題。（校對注：很是贊同這個觀點）

Java多線程面試問題

1. 進程和線程之間有什麼不一樣？

一個進程是一個獨立(self contained)的運行環境，它能夠被看做一個程序或者一個應用。而線程是在進程中執行的一個任務。Java運行環境是一個包含了不一樣的類和程序的單一進程。線程能夠被稱爲輕量級進程。線程須要較少的資源來建立和駐留在進程中，而且能夠共享進程中的資源。

2. 多線程編程的好處是什麼？

在多線程程序中，多個線程被併發的執行以提升程序的效率，CPU不會由於某個線程須要等待資源而進入空閒狀態。多個線程共享堆內存(heap memory)，所以建立多個線程去執行一些任務會比建立多個進程更好。舉個例子，Servlets比CGI更好，是由於Servlets支持多線程而CGI不支持。

3. 用戶線程和守護線程有什麼區別？

當咱們在Java程序中建立一個線程，它就被稱爲用戶線程。一個守護線程是在後臺執行而且不會阻止JVM終止的線程。當沒有用戶線程在運行的時候，JVM關閉程序而且退出。一個守護線程建立的子線程依然是守護線程。

4. 咱們如何建立一個線程？

有兩種建立線程的方法：一是實現Runnable接口，而後將它傳遞給Thread的構造函數，建立一個Thread對象；二是直接繼承Thread類。若想了解更多能夠閱讀這篇關於如何在Java中建立線程的文章。

5. 有哪些不一樣的線程生命週期？

當咱們在Java程序中新建一個線程時，它的狀態是New。當咱們調用線程的start()方法時，狀態被改變爲Runnable。線程調度器會爲Runnable線程池中的線程分配CPU時間而且講它們的狀態改變爲Running。其餘的線程狀態還有Waiting，Blocked 和Dead。讀這篇文章能夠了解更多關於線程生命週期的知識。

6. 能夠直接調用Thread類的run()方法麼？

固然能夠，可是若是咱們調用了Thread的run()方法，它的行爲就會和普通的方法同樣，爲了在新的線程中執行咱們的代碼，必須使用Thread.start()方法。

7. 如何讓正在運行的線程暫停一段時間？

咱們可使用Thread類的Sleep()方法讓線程暫停一段時間。須要注意的是，這並不會讓線程終止，一旦從休眠中喚醒線程，線程的狀態將會被改變爲Runnable，而且根據線程調度，它將獲得執行。

8. 你對線程優先級的理解是什麼？

每個線程都是有優先級的，通常來講，高優先級的線程在運行時會具備優先權，但這依賴於線程調度的實現，這個實現是和操做系統相關的(OS dependent)。咱們能夠定義線程的優先級，可是這並不能保證高優先級的線程會在低優先級的線程前執行。線程優先級是一個int變量(從1-10)，1表明最低優先級，10表明最高優先級。

9. 什麼是線程調度器(Thread Scheduler)和時間分片(Time Slicing)？

線程調度器是一個操做系統服務，它負責爲Runnable狀態的線程分配CPU時間。一旦咱們建立一個線程並啓動它，它的執行便依賴於線程調度器的實現。時間分片是指將可用的CPU時間分配給可用的Runnable線程的過程。分配CPU時間能夠基於線程優先級或者線程等待的時間。線程調度並不受到Java虛擬機控制，因此由應用程序來控制它是更好的選擇（也就是說不要讓你的程序依賴於線程的優先級）。

10. 在多線程中，什麼是上下文切換(context-switching)？

上下文切換是存儲和恢復CPU狀態的過程，它使得線程執行可以從中斷點恢復執行。上下文切換是多任務操做系統和多線程環境的基本特徵。

11. 你如何確保main()方法所在的線程是Java程序最後結束的線程？

咱們可使用Thread類的joint()方法來確保全部程序建立的線程在main()方法退出前結束。這裏有一篇文章關於Thread類的joint()方法。

12.線程之間是如何通訊的？

當線程間是能夠共享資源時，線程間通訊是協調它們的重要的手段。Object類中wait()\notify()\notifyAll()方法能夠用於線程間通訊關於資源的鎖的狀態。點擊這裏有更多關於線程wait, notify和notifyAll.

13.爲何線程通訊的方法wait(), notify()和notifyAll()被定義在Object類裏？

Java的每一個對象中都有一個鎖(monitor，也能夠成爲監視器) 而且wait()，notify()等方法用於等待對象的鎖或者通知其餘線程對象的監視器可用。在Java的線程中並無可供任何對象使用的鎖和同步器。這就是爲何這些方法是Object類的一部分，這樣Java的每個類都有用於線程間通訊的基本方法

14. 爲何wait(), notify()和notifyAll()必須在同步方法或者同步塊中被調用？

當一個線程須要調用對象的wait()方法的時候，這個線程必須擁有該對象的鎖，接着它就會釋放這個對象鎖並進入等待狀態直到其餘線程調用這個對象上的notify()方法。一樣的，當一個線程須要調用對象的notify()方法時，它會釋放這個對象的鎖，以便其餘在等待的線程就能夠獲得這個對象鎖。因爲全部的這些方法都須要線程持有對象的鎖，這樣就只能經過同步來實現，因此他們只能在同步方法或者同步塊中被調用。

15. 爲何Thread類的sleep()和yield()方法是靜態的？

Thread類的sleep()和yield()方法將在當前正在執行的線程上運行。因此在其餘處於等待狀態的線程上調用這些方法是沒有意義的。這就是爲何這些方法是靜態的。它們能夠在當前正在執行的線程中工做，並避免程序員錯誤的認爲能夠在其餘非運行線程調用這些方法。

16.如何確保線程安全？

在Java中能夠有不少方法來保證線程安全——同步，使用原子類(atomic concurrent classes)，實現併發鎖，使用volatile關鍵字，使用不變類和線程安全類。在線程安全教程中，你能夠學到更多。

17. volatile關鍵字在Java中有什麼做用？

當咱們使用volatile關鍵字去修飾變量的時候，因此線程都會直接讀取該變量而且不緩存它。這就確保了線程讀取到的變量是同內存中是一致的。

18. 同步方法和同步塊，哪一個是更好的選擇？

同步塊是更好的選擇，由於它不會鎖住整個對象（固然你也可讓它鎖住整個對象）。同步方法會鎖住整個對象，哪怕這個類中有多個不相關聯的同步塊，這一般會致使他們中止執行並須要等待得到這個對象上的鎖。

19.如何建立守護線程？

使用Thread類的setDaemon(true)方法能夠將線程設置爲守護線程，須要注意的是，須要在調用start()方法前調用這個方法，不然會拋出IllegalThreadStateException異常。

20. 什麼是ThreadLocal?

ThreadLocal用於建立線程的本地變量，咱們知道一個對象的全部線程會共享它的全局變量，因此這些變量不是線程安全的，咱們可使用同步技術。可是當咱們不想使用同步的時候，咱們能夠選擇ThreadLocal變量。

每一個線程都會擁有他們本身的Thread變量，它們可使用get()\set()方法去獲取他們的默認值或者在線程內部改變他們的值。ThreadLocal實例一般是但願它們同線程狀態關聯起來是private static屬性。在ThreadLocal例子這篇文章中你能夠看到一個關於ThreadLocal的小程序。

21. 什麼是Thread Group？爲何建議使用它？

ThreadGroup是一個類，它的目的是提供關於線程組的信息。

ThreadGroup API比較薄弱，它並無比Thread提供了更多的功能。它有兩個主要的功能：一是獲取線程組中處於活躍狀態線程的列表；二是設置爲線程設置未捕獲異常處理器(ncaught exception handler)。但在Java 1.5中Thread類也添加了setUncaughtExceptionHandler(UncaughtExceptionHandler eh) 方法，因此ThreadGroup是已通過時的，不建議繼續使用。

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t1.setUncaughtExceptionHandler( new UncaughtExceptionHandler(){   @Override public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) { System.out.println( "exception occured:" +e.getMessage()); }   });

22. 什麼是Java線程轉儲(Thread Dump)，如何獲得它？

線程轉儲是一個JVM活動線程的列表，它對於分析系統瓶頸和死鎖很是有用。有不少方法能夠獲取線程轉儲——使用Profiler，Kill -3命令，jstack工具等等。我更喜歡jstack工具，由於它容易使用而且是JDK自帶的。因爲它是一個基於終端的工具，因此咱們能夠編寫一些腳本去定時的產生線程轉儲以待分析。讀這篇文檔能夠了解更多關於產生線程轉儲的知識。

23. 什麼是死鎖(Deadlock)？如何分析和避免死鎖？

死鎖是指兩個以上的線程永遠阻塞的狀況，這種狀況產生至少須要兩個以上的線程和兩個以上的資源。

分析死鎖，咱們須要查看Java應用程序的線程轉儲。咱們須要找出那些狀態爲BLOCKED的線程和他們等待的資源。每一個資源都有一個惟一的id，用這個id咱們能夠找出哪些線程已經擁有了它的對象鎖。

避免嵌套鎖，只在須要的地方使用鎖和避免無限期等待是避免死鎖的一般辦法，閱讀這篇文章去學習如何分析死鎖。

24. 什麼是Java Timer類？如何建立一個有特定時間間隔的任務？

java.util.Timer是一個工具類，能夠用於安排一個線程在將來的某個特定時間執行。Timer類能夠用安排一次性任務或者週期任務。

java.util.TimerTask是一個實現了Runnable接口的抽象類，咱們須要去繼承這個類來建立咱們本身的定時任務並使用Timer去安排它的執行。

這裏有關於java Timer的例子。

25. 什麼是線程池？如何建立一個Java線程池？

一個線程池管理了一組工做線程，同時它還包括了一個用於放置等待執行的任務的隊列。

java.util.concurrent.Executors提供了一個 java.util.concurrent.Executor接口的實現用於建立線程池。線程池例子展示瞭如何建立和使用線程池，或者閱讀ScheduledThreadPoolExecutor例子，瞭解如何建立一個週期任務。

Java併發面試問題

1. 什麼是原子操做？在Java Concurrency API中有哪些原子類(atomic classes)？

原子操做是指一個不受其餘操做影響的操做任務單元。原子操做是在多線程環境下避免數據不一致必須的手段。

int++並非一個原子操做，因此當一個線程讀取它的值並加1時，另一個線程有可能會讀到以前的值，這就會引起錯誤。

爲了解決這個問題，必須保證增長操做是原子的，在JDK1.5以前咱們可使用同步技術來作到這一點。到JDK1.5，java.util.concurrent.atomic包提供了int和long類型的裝類，它們能夠自動的保證對於他們的操做是原子的而且不須要使用同步。能夠閱讀這篇文章來了解Java的atomic類。

2. Java Concurrency API中的Lock接口(Lock interface)是什麼？對比同步它有什麼優點？

Lock接口比同步方法和同步塊提供了更具擴展性的鎖操做。他們容許更靈活的結構，能夠具備徹底不一樣的性質，而且能夠支持多個相關類的條件對象。

它的優點有：

• 可使鎖更公平
• 可使線程在等待鎖的時候響應中斷
• 可讓線程嘗試獲取鎖，並在沒法獲取鎖的時候當即返回或者等待一段時間
• 能夠在不一樣的範圍，以不一樣的順序獲取和釋放鎖

閱讀更多關於鎖的例子

3. 什麼是Executors框架？

Executor框架同java.util.concurrent.Executor 接口在Java 5中被引入。Executor框架是一個根據一組執行策略調用，調度，執行和控制的異步任務的框架。

無限制的建立線程會引發應用程序內存溢出。因此建立一個線程池是個更好的的解決方案，由於能夠限制線程的數量而且能夠回收再利用這些線程。利用Executors框架能夠很是方便的建立一個線程池，閱讀這篇文章能夠了解如何使用Executor框架建立一個線程池。

4. 什麼是阻塞隊列？如何使用阻塞隊列來實現生產者-消費者模型？

java.util.concurrent.BlockingQueue的特性是：當隊列是空的時，從隊列中獲取或刪除元素的操做將會被阻塞，或者當隊列是滿時，往隊列裏添加元素的操做會被阻塞。

阻塞隊列不接受空值，當你嘗試向隊列中添加空值的時候，它會拋出NullPointerException。

阻塞隊列的實現都是線程安全的，全部的查詢方法都是原子的而且使用了內部鎖或者其餘形式的併發控制。

BlockingQueue 接口是java collections框架的一部分，它主要用於實現生產者-消費者問題。

閱讀這篇文章瞭解如何使用阻塞隊列實現生產者-消費者問題。

5. 什麼是Callable和Future?

Java 5在concurrency包中引入了java.util.concurrent.Callable 接口，它和Runnable接口很類似，但它能夠返回一個對象或者拋出一個異常。

Callable接口使用泛型去定義它的返回類型。Executors類提供了一些有用的方法去在線程池中執行Callable內的任務。因爲Callable任務是並行的，咱們必須等待它返回的結果。java.util.concurrent.Future對象爲咱們解決了這個問題。在線程池提交Callable任務後返回了一個Future對象，使用它咱們能夠知道Callable任務的狀態和獲得Callable返回的執行結果。Future提供了get()方法讓咱們能夠等待Callable結束並獲取它的執行結果。

閱讀這篇文章瞭解更多關於Callable，Future的例子。

6. 什麼是FutureTask?

FutureTask是Future的一個基礎實現，咱們能夠將它同Executors使用處理異步任務。一般咱們不須要使用FutureTask類，單當咱們打算重寫Future接口的一些方法並保持原來基礎的實現是，它就變得很是有用。咱們能夠僅僅繼承於它並重寫咱們須要的方法。閱讀Java FutureTask例子，學習如何使用它。

7.什麼是併發容器的實現？

Java集合類都是快速失敗的，這就意味着當集合被改變且一個線程在使用迭代器遍歷集合的時候，迭代器的next()方法將拋出ConcurrentModificationException異常。

併發容器支持併發的遍歷和併發的更新。

主要的類有ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList 和CopyOnWriteArraySet，閱讀這篇文章瞭解如何避免ConcurrentModificationException。

8. Executors類是什麼？

Executors爲Executor，ExecutorService，ScheduledExecutorService，ThreadFactory和Callable類提供了一些工具方法。

Executors能夠用於方便的建立線程池。