Java併發編程40道面試題及答案——面試穩了

一、線程與進程的區別？

進程是操做系統分配資源的最小單元，線程是操做系統調度的最小單元。

一個程序至少有一個進程,一個進程至少有一個線程。

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二、什麼是多線程中的上下文切換？

多線程會共同使用一組計算機上的CPU，而線程數大於給程序分配的CPU數量時，爲了讓各個線程都有執行的機會，就須要輪轉使用CPU。不一樣的線程切換使用CPU發生的切換數據等就是上下文切換。

三、死鎖與活鎖的區別，死鎖與飢餓的區別？

死鎖 ：是指兩個或兩個以上的進程（或線程）在執行過程當中，因爭奪資源而形成的一種互相等待的現象，若無外力做用，它們都將沒法推動下去。

產生死鎖的必要條件：

互斥條件：所謂互斥就是進程在某一時間內獨佔資源。

請求與保持條件：一個進程因請求資源而阻塞時，對已得到的資源保持不放。

不剝奪條件:進程已得到資源，在末使用完以前，不能強行剝奪。

循環等待條件:若干進程之間造成一種頭尾相接的循環等待資源關係。

活鎖 ：任務或者執行者沒有被阻塞，因爲某些條件沒有知足，致使一直重複嘗試，失敗，嘗試，失敗。

活鎖 和 死鎖 的區別在於，處於活鎖的實體是在不斷的改變狀態，所謂的「活」， 而處於死鎖的實體表現爲等待；活鎖有可能自行解開，死鎖則不能。

飢餓 ：一個或者多個線程由於種種緣由沒法得到所須要的資源，致使一直沒法執行的狀態。

Java中致使飢餓的緣由：

高優先級線程吞噬全部的低優先級線程的CPU時間。

線程被永久堵塞在一個等待進入同步塊的狀態，由於其餘線程老是能在它以前持續地對該同步塊進行訪問。

線程在等待一個自己也處於永久等待完成的對象(好比調用這個對象的wait方法)，由於其餘線程老是被持續地得到喚醒。

四、在java中守護線程和本地線程區別？

java中的線程分爲兩種：守護線程（Daemon）和用戶線程（User）。

任何線程均可以設置爲守護線程和用戶線程，經過方法Thread.setDaemon(bool on)；true則把該線程設置爲守護線程，反之則爲用戶線程。Thread.setDaemon()必須在Thread.start()以前調用，不然運行時會拋出異常。

二者的區別：

惟一的區別是判斷虛擬機(JVM)什麼時候離開，Daemon是爲其餘線程提供服務，若是所有的User Thread已經撤離，Daemon 沒有可服務的線程，JVM撤離。也能夠理解爲守護線程是JVM自動建立的線程（但不必定），用戶線程是程序建立的線程；好比JVM的垃圾回收線程是一個守護線程，當全部線程已經撤離，再也不產生垃圾，守護線程天然就沒事可幹了，當垃圾回收線程是Java虛擬機上僅剩的線程時，Java虛擬機會自動離開。

擴展：Thread Dump打印出來的線程信息，含有daemon字樣的線程即爲守護進程，可能會有：服務守護進程、編譯守護進程、windows下的監聽Ctrl+break的守護進程、Finalizer守護進程、引用處理守護進程、GC守護進程。

五、爲何使用Executor框架？

每次執行任務建立線程 new Thread()比較消耗性能，建立一個線程是比較耗時、耗資源的。

調用 new Thread()建立的線程缺少管理，被稱爲野線程，並且能夠無限制的建立，線程之間的相互競爭會致使過多佔用系統資源而致使系統癱瘓，還有線程之間的頻繁交替也會消耗不少系統資源。

接使用new Thread() 啓動的線程不利於擴展，好比定時執行、按期執行、定時按期執行、線程中斷等都不便實現。

六、在Java中Executor和Executors的區別？

Executors 工具類的不一樣方法按照咱們的需求建立了不一樣的線程池，來知足業務的需求。

Executor 接口對象能執行咱們的線程任務。

ExecutorService接口繼承了Executor接口並進行了擴展，提供了更多的方法咱們能得到任務執行的狀態而且能夠獲取任務的返回值。

使用ThreadPoolExecutor 能夠建立自定義線程池。

Future 表示異步計算的結果，他提供了檢查計算是否完成的方法，以等待計算的完成，並可使用get()方法獲取計算的結果。

七、Java中用到的線程調度算法是什麼？

採用時間片輪轉的方式。能夠設置線程的優先級，會映射到下層的系統上面的優先級上，如非特別須要，儘可能不要用，防止線程飢餓。

八、什麼是線程組，爲何在Java中不推薦使用？

ThreadGroup類，能夠把線程歸屬到某一個線程組中，線程組中能夠有線程對象，也能夠有線程組，組中還能夠有線程，這樣的組織結構有點相似於樹的形式。

爲何不推薦使用？由於使用有不少的安全隱患吧，沒有具體追究，若是須要使用，推薦使用線程池。

九、什麼是Executors框架？

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。

十、什麼是阻塞隊列？阻塞隊列的實現原理是什麼？如何使用阻塞隊列來實現生產者-消費者模型？

阻塞隊列（BlockingQueue）是一個支持兩個附加操做的隊列。

這兩個附加的操做是：在隊列爲空時，獲取元素的線程會等待隊列變爲非空。當隊列滿時，存儲元素的線程會等待隊列可用。

阻塞隊列經常使用於生產者和消費者的場景，生產者是往隊列裏添加元素的線程，消費者是從隊列裏拿元素的線程。阻塞隊列就是生產者存放元素的容器，而消費者也只從容器裏拿元素。

JDK7提供了7個阻塞隊列。分別是：

ArrayBlockingQueue ：一個由數組結構組成的有界阻塞隊列。

LinkedBlockingQueue ：一個由鏈表結構組成的有界阻塞隊列。

PriorityBlockingQueue ：一個支持優先級排序的無界阻塞隊列。

DelayQueue：一個使用優先級隊列實現的無界阻塞隊列。

SynchronousQueue：一個不存儲元素的阻塞隊列。

LinkedTransferQueue：一個由鏈表結構組成的無界阻塞隊列。

LinkedBlockingDeque：一個由鏈表結構組成的雙向阻塞隊列。

Java 5以前實現同步存取時，可使用普通的一個集合，而後在使用線程的協做和線程同步能夠實現生產者，消費者模式，主要的技術就是用好，wait ,notify,notifyAll,sychronized這些關鍵字。而在java 5以後，可使用阻塞隊列來實現，此方式大大簡少了代碼量，使得多線程編程更加容易，安全方面也有保障。

BlockingQueue接口是Queue的子接口，它的主要用途並非做爲容器，而是做爲線程同步的的工具，所以他具備一個很明顯的特性，當生產者線程試圖向BlockingQueue放入元素時，若是隊列已滿，則線程被阻塞，當消費者線程試圖從中取出一個元素時，若是隊列爲空，則該線程會被阻塞，正是由於它所具備這個特性，因此在程序中多個線程交替向BlockingQueue中放入元素，取出元素，它能夠很好的控制線程之間的通訊。

阻塞隊列使用最經典的場景就是socket客戶端數據的讀取和解析，讀取數據的線程不斷將數據放入隊列，而後解析線程不斷從隊列取數據解析。

十一、什麼是Callable和Future?

Callable接口相似於Runnable，從名字就能夠看出來了，可是Runnable不會返回結果，而且沒法拋出返回結果的異常，而Callable功能更強大一些，被線程執行後，能夠返回值，這個返回值能夠被Future拿到，也就是說，Future能夠拿到異步執行任務的返回值。

能夠認爲是帶有回調的Runnable。

Future接口表示異步任務，是尚未完成的任務給出的將來結果。因此說Callable用於產生結果，Future用於獲取結果。

十二、什麼是FutureTask?使用ExecutorService啓動任務。

在Java併發程序中FutureTask表示一個能夠取消的異步運算。它有啓動和取消運算、查詢運算是否完成和取回運算結果等方法。只有當運算完成的時候結果才能取回，若是運算還沒有完成get方法將會阻塞。一個FutureTask對象能夠對調用了Callable和Runnable的對象進行包裝，因爲FutureTask也是調用了Runnable接口因此它能夠提交給Executor來執行。

1三、什麼是併發容器的實現？

何爲同步容器：能夠簡單地理解爲經過synchronized來實現同步的容器，若是有多個線程調用同步容器的方法，它們將會串行執行。好比Vector，Hashtable，以及Collections.synchronizedSet，synchronizedList等方法返回的容器。

能夠經過查看Vector，Hashtable等這些同步容器的實現代碼，能夠看到這些容器實現線程安全的方式就是將它們的狀態封裝起來，並在須要同步的方法上加上關鍵字synchronized。

併發容器使用了與同步容器徹底不一樣的加鎖策略來提供更高的併發性和伸縮性，例如在ConcurrentHashMap中採用了一種粒度更細的加鎖機制，能夠稱爲分段鎖，在這種鎖機制下，容許任意數量的讀線程併發地訪問map，而且執行讀操做的線程和寫操做的線程也能夠併發的訪問map，同時容許必定數量的寫操做線程併發地修改map，因此它能夠在併發環境下實現更高的吞吐量。

1四、多線程同步和互斥有幾種實現方法，都是什麼？

線程同步是指線程之間所具備的一種制約關係，一個線程的執行依賴另外一個線程的消息，當它沒有獲得另外一個線程的消息時應等待，直到消息到達時才被喚醒。

線程互斥是指對於共享的進程系統資源，在各單個線程訪問時的排它性。當有若干個線程都要使用某一共享資源時，任什麼時候刻最多隻容許一個線程去使用，其它要使用該資源的線程必須等待，直到佔用資源者釋放該資源。線程互斥能夠當作是一種特殊的線程同步。

線程間的同步方法大致可分爲兩類：用戶模式和內核模式。顧名思義，內核模式就是指利用系統內核對象的單一性來進行同步，使用時須要切換內核態與用戶態，而用戶模式就是不須要切換到內核態，只在用戶態完成操做。

用戶模式下的方法有：原子操做（例如一個單一的全局變量），臨界區。內核模式下的方法有：事件，信號量，互斥量。

1五、什麼是不可變對象，它對寫併發應用有什麼幫助？

不可變對象(Immutable Objects)即對象一旦被建立它的狀態（對象的數據，也即對象屬性值）就不能改變，反之即爲可變對象(Mutable Objects)。

不可變對象的類即爲不可變類(Immutable Class)。Java平臺類庫中包含許多不可變類，如String、基本類型的包裝類、BigInteger和BigDecimal等。

不可變對象天生是線程安全的。它們的常量（域）是在構造函數中建立的。既然它們的狀態沒法修改，這些常量永遠不會變。

不可變對象永遠是線程安全的。

只有知足以下狀態，一個對象纔是不可變的；

它的狀態不能在建立後再被修改；

全部域都是final類型；而且，

它被正確建立（建立期間沒有發生this引用的逸出）。

1六、什麼是多線程中的上下文切換？

在上下文切換過程當中，CPU會中止處理當前運行的程序，並保存當前程序運行的具體位置以便以後繼續運行。從這個角度來看，上下文切換有點像咱們同時閱讀幾本書，在來回切換書本的同時咱們須要記住每本書當前讀到的頁碼。在程序中，上下文切換過程當中的「頁碼」信息是保存在進程控制塊（PCB）中的。PCB還常常被稱做「切換楨」（switchframe）。「頁碼」信息會一直保存到CPU的內存中，直到他們被再次使用。

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。

1七、Java中用到的線程調度算法是什麼？

計算機一般只有一個CPU,在任意時刻只能執行一條機器指令,每一個線程只有得到CPU的使用權才能執行指令.所謂多線程的併發運行,實際上是指從宏觀上看,各個線程輪流得到CPU的使用權,分別執行各自的任務.在運行池中,會有多個處於就緒狀態的線程在等待CPU,JAVA虛擬機的一項任務就是負責線程的調度,線程調度是指按照特定機制爲多個線程分配CPU的使用權.

有兩種調度模型：分時調度模型和搶佔式調度模型。

分時調度模型是指讓全部的線程輪流得到cpu的使用權,而且平均分配每一個線程佔用的CPU的時間片這個也比較好理解。

java虛擬機採用搶佔式調度模型，是指優先讓可運行池中優先級高的線程佔用CPU，若是可運行池中的線程優先級相同，那麼就隨機選擇一個線程，使其佔用CPU。處於運行狀態的線程會一直運行，直至它不得不放棄CPU。

1八、什麼是線程組，爲何在Java中不推薦使用？

線程組和線程池是兩個不一樣的概念，他們的做用徹底不一樣，前者是爲了方便線程的管理，後者是爲了管理線程的生命週期，複用線程，減小建立銷燬線程的開銷。

1九、notify()和notifyAll()有什麼區別？

當一個線程進入wait以後，就必須等其餘線程notify/notifyall,使用notifyall,能夠喚醒全部處於wait狀態的線程，使其從新進入鎖的爭奪隊列中，而notify只能喚醒一個。

若是沒把握，建議notifyAll，防止notigy由於信號丟失而形成程序異常。

20、什麼是Daemon線程？它有什麼意義？

所謂後臺(daemon)線程，是指在程序運行的時候在後臺提供一種通用服務的線程，而且這個線程並不屬於程序中不可或缺的部分。所以，當全部的非後臺線程結束時，程序也就終止了，同時會殺死進程中的全部後臺線程。

反過來講， 只要有任何非後臺線程還在運行，程序就不會終止。必須在線程啓動以前調用setDaemon()方法，才能把它設置爲後臺線程。 注意： 後臺進程在不執行finally子句的狀況下就會終止其run()方法。

好比：JVM的垃圾回收線程就是Daemon線程，Finalizer也是守護線程。

2一、java如何實現多線程之間的通信和協做？

中斷和共享變量

2二、什麼叫線程安全？servlet是線程安全嗎?

線程安全是編程中的術語，指某個函數、函數庫在多線程環境中被調用時，可以正確地處理多個線程之間的共享變量，使程序功能正確完成。

Servlet不是線程安全的，servlet是單實例多線程的，當多個線程同時訪問同一個方法，是不能保證共享變量的線程安全性的。

Struts2的action是多實例多線程的，是線程安全的，每一個請求過來都會new一個新的action分配給這個請求，請求完成後銷燬。

SpringMVC的Controller是線程安全的嗎？不是的，和Servlet相似的處理流程

Struts2好處是不用考慮線程安全問題；Servlet和SpringMVC須要考慮線程安全問題，可是性能能夠提高不用處理太多的gc，可使用ThreadLocal來處理多線程的問題。

2三、volatile有什麼用？可否用一句話說明下volatile的應用場景？

volatile保證內存可見性和禁止指令重排。

volatile用於多線程環境下的單次操做(單次讀或者單次寫)。

2四、爲何代碼會重排序？

在執行程序時，爲了提供性能，處理器和編譯器經常會對指令進行重排序，可是不能隨意重排序，不是你想怎麼排序就怎麼排序，它須要知足如下兩個條件：

在單線程環境下不能改變程序運行的結果；

存在數據依賴關係的不容許重排序

須要注意的是：重排序不會影響單線程環境的執行結果，可是會破壞多線程的執行語義。

2五、在java中wait和sleep方法的不一樣？

最大的不一樣是在等待時wait會釋放鎖，而sleep一直持有鎖。Wait一般被用於線程間交互，sleep一般被用於暫停執行。

直接瞭解的深刻一點吧：

在Java中線程的狀態一共被分紅6種：

初始態：NEW

建立一個Thread對象，但還未調用start()啓動線程時，線程處於初始態。

運行態：RUNNABLE

在Java中，運行態包括就緒態和運行態。

就緒態該狀態下的線程已經得到執行所需的全部資源，只要CPU分配執行權就能運行。全部就緒態的線程存放在就緒隊列中。

運行態得到CPU執行權，正在執行的線程。因爲一個CPU同一時刻只能執行一條線程，所以每一個CPU每一個時刻只有一條運行態的線程。

阻塞態

當一條正在執行的線程請求某一資源失敗時，就會進入阻塞態。而在Java中，阻塞態專指請求鎖失敗時進入的狀態。由一個阻塞隊列存放全部阻塞態的線程。處於阻塞態的線程會不斷請求資源，一旦請求成功，就會進入就緒隊列，等待執行。PS：鎖、IO、Socket等都資源。

等待態

當前線程中調用wait、join、park函數時，當前線程就會進入等待態。也有一個等待隊列存放全部等待態的線程。線程處於等待態表示它須要等待其餘線程的指示才能繼續運行。進入等待態的線程會釋放CPU執行權，並釋放資源（如：鎖）

超時等待態

當運行中的線程調用sleep(time)、wait、join、parkNanos、parkUntil時，就會進入該狀態；它和等待態同樣，並非由於請求不到資源，而是主動進入，而且進入後須要其餘線程喚醒；進入該狀態後釋放CPU執行權 和 佔有的資源。與等待態的區別：到了超時時間後自動進入阻塞隊列，開始競爭鎖。

終止態

線程執行結束後的狀態。

注意：

wait()方法會釋放CPU執行權 和 佔有的鎖。

sleep(long)方法僅釋放CPU使用權，鎖仍然佔用；線程被放入超時等待隊列，與yield相比，它會使線程較長時間得不到運行。

yield()方法僅釋放CPU執行權，鎖仍然佔用，線程會被放入就緒隊列，會在短期內再次執行。

wait和notify必須配套使用，即必須使用同一把鎖調用；

wait和notify必須放在一個同步塊中調用wait和notify的對象必須是他們所處同步塊的鎖對象。

2六、什麼是線程池？ 爲何要使用它？

建立線程要花費昂貴的資源和時間，若是任務來了才建立線程那麼響應時間會變長，並且一個進程能建立的線程數有限。爲了不這些問題，在程序啓動的時候就建立若干線程來響應處理，它們被稱爲線程池，裏面的線程叫工做線程。從JDK1.5開始，Java API提供了Executor框架讓你能夠建立不一樣的線程池。

2七、怎麼檢測一個線程是否擁有鎖？

在java.lang.Thread中有一個方法叫holdsLock()，它返回true若是當且僅當當前線程擁有某個具體對象的鎖。

2八、你如何在Java中獲取線程堆棧？

kill -3 [java pid]

不會在當前終端輸出，它會輸出到代碼執行的或指定的地方去。好比，kill -3 tomcat pid, 輸出堆棧到log目錄下。

Jstack [java pid]

這個比較簡單，在當前終端顯示，也能夠重定向到指定文件中。

-JvisualVM：Thread Dump

不作說明，打開JvisualVM後，都是界面操做，過程仍是很簡單的。

2九、JVM中哪一個參數是用來控制線程的棧堆棧小的?

-Xss 每一個線程的棧大小

30、Thread類中的yield方法有什麼做用？

使當前線程從執行狀態（運行狀態）變爲可執行態（就緒狀態）。

當前線程到了就緒狀態，那麼接下來哪一個線程會從就緒狀態變成執行狀態呢？多是當前線程，也多是其餘線程，看系統的分配了。

3一、Java中ConcurrentHashMap的併發度是什麼？

ConcurrentHashMap把實際map劃分紅若干部分來實現它的可擴展性和線程安全。這種劃分是使用併發度得到的，它是ConcurrentHashMap類構造函數的一個可選參數，默認值爲16，這樣在多線程狀況下就能避免爭用。

在JDK8後，它摒棄了Segment（鎖段）的概念，而是啓用了一種全新的方式實現,利用CAS算法。同時加入了更多的輔助變量來提升併發度，具體內容仍是查看源碼吧。

3二、Java中Semaphore是什麼？

Java中的Semaphore是一種新的同步類，它是一個計數信號。從概念上講，從概念上講，信號量維護了一個許可集合。若有必要，在許可可用前會阻塞每個 acquire()，而後再獲取該許可。每一個 release()添加一個許可，從而可能釋放一個正在阻塞的獲取者。可是，不使用實際的許可對象，Semaphore只對可用許可的號碼進行計數，並採起相應的行動。信號量經常用於多線程的代碼中，好比數據庫鏈接池。

3三、Java線程池中submit() 和 execute()方法有什麼區別？

兩個方法均可以向線程池提交任務，execute()方法的返回類型是void，它定義在Executor接口中。

而submit()方法能夠返回持有計算結果的Future對象，它定義在ExecutorService接口中，它擴展了Executor接口，其它線程池類像ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor都有這些方法。

3四、什麼是阻塞式方法？

阻塞式方法是指程序會一直等待該方法完成期間不作其餘事情，ServerSocket的accept()方法就是一直等待客戶端鏈接。這裏的阻塞是指調用結果返回以前，當前線程會被掛起，直到獲得結果以後纔會返回。此外，還有異步和非阻塞式方法在任務完成前就返回。

3五、Java中的ReadWriteLock是什麼？

讀寫鎖是用來提高併發程序性能的鎖分離技術的成果。

3六、volatile 變量和 atomic 變量有什麼不一樣？

Volatile變量能夠確保先行關係，即寫操做會發生在後續的讀操做以前, 但它並不能保證原子性。例如用volatile修飾count變量那麼 count++ 操做就不是原子性的。

而AtomicInteger類提供的atomic方法可讓這種操做具備原子性如getAndIncrement()方法會原子性的進行增量操做把當前值加一，其它數據類型和引用變量也能夠進行類似操做。

3七、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。

同步塊更要符合開放調用的原則，只在須要鎖住的代碼塊鎖住相應的對象，這樣從側面來講也能夠避免死鎖。

3八、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。

目前有開源的Qurtz能夠用來建立定時任務。

3九、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。

40、Java中你怎樣喚醒一個阻塞的線程？

在Java發展史上曾經使用suspend()、resume()方法對於線程進行阻塞喚醒，但隨之出現不少問題，比較典型的仍是死鎖問題。

解決方案可使用以對象爲目標的阻塞，即利用Object類的wait()和notify()方法實現線程阻塞。

首先，wait、notify方法是針對對象的，調用任意對象的wait()方法都將致使線程阻塞，阻塞的同時也將釋放該對象的鎖，相應地，調用任意對象的notify()方法則將隨機解除該對象阻塞的線程，但它須要從新獲取改對象的鎖，直到獲取成功才能往下執行；其次，wait、notify方法必須在synchronized塊或方法中被調用，而且要保證同步塊或方法的鎖對象與調用wait、notify方法的對象是同一個，如此一來在調用wait以前當前線程就已經成功獲取某對象的鎖，執行wait阻塞後當前線程就將以前獲取的對象鎖釋放。

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