Java併發3-多線程面試題

1) 什麼是線程？

線程是操做系統可以進行運算調度的最小單位，它被包含在進程之中，是進程中的實際運做單位。程序員能夠經過它進行多處理器編程，你可使用多線程對運算密集型任務提速。

2) 線程和進程有什麼區別？

線程是進程的子集，一個進程能夠有不少線程，每條線程並行執行不一樣的任務。不一樣的進程使用不一樣的內存空間，而全部的線程共享一片相同的內存空間。別把它和棧內存搞混，每一個線程都擁有單獨的棧內存用來存儲本地數據。

3) 如何在Java中實現線程？

在語言層面有兩種方式。java.lang.Thread 類的實例就是一個線程可是它須要調用java.lang.Runnable接口來執行，因爲線程類自己就是調用的Runnable接口因此你能夠繼承java.lang.Thread 類或者直接調用Runnable接口來重寫run()方法實現線程。Java不支持類的多重繼承，但容許你調用多個接口。因此若是你要繼承其餘類，固然是調用Runnable接口好了。

Thread 類中的start() 和 run() 方法有什麼區別？

這start()方法被用來啓動新建立的線程，並且start()內部調用了run()方法，這和直接調用run()方法的效果不同。當你調用run()方法的時候，只會是在原來的線程中調用，沒有新的線程啓動，start()方法纔會啓動新線程。

7) Java中Runnable和Callable有什麼不一樣？

Runnable和Callable都表明那些要在不一樣的線程中執行的任務。Runnable從JDK1.0開始就有了，Callable是在JDK1.5增長的。它們的主要區別是Callable的 call() 方法能夠返回值和拋出異常，而Runnable的run()方法沒有這些功能。Callable能夠返回裝載有計算結果的Future對象。個人博客有更詳細的說明。

8) Java中CyclicBarrier 和 CountDownLatch有什麼不一樣？

CyclicBarrier 和 CountDownLatch 均可以用來讓一組線程等待其它線程。與 CyclicBarrier 不一樣的是，CountdownLatch 不能從新使用。點此查看更多信息和示例代碼。

9) Java內存模型是什麼？

Java內存模型規定和指引Java程序在不一樣的內存架構、CPU和操做系統間有肯定性地行爲。它在多線程的狀況下尤爲重要。Java內存模型對一個線程所作的變更能被其它線程可見提供了保證，它們之間是先行發生關係。這個關係定義了一些規則讓程序員在併發編程時思路更清晰。好比，先行發生關係確保了：

• 線程內的代碼可以按前後順序執行，這被稱爲程序次序規則。
• 對於同一個鎖，一個解鎖操做必定要發生在時間上後發生的另外一個鎖定操做以前，也叫作管程鎖定規則。
• 前一個對volatile的寫操做在後一個volatile的讀操做以前，也叫volatile變量規則。
• 一個線程內的任何操做必需在這個線程的start()調用以後，也叫做線程啓動規則。
• 一個線程的全部操做都會在線程終止以前，線程終止規則。
• 一個對象的終結操做必需在這個對象構造完成以後，也叫對象終結規則。
• 可傳遞性

我強烈建議你們閱讀《Java併發編程實踐》第十六章來加深對Java內存模型的理解。

10) Java中的volatile 變量是什麼？

volatile是一個特殊的修飾符，只有成員變量才能使用它。在Java併發程序缺乏同步類的狀況下，多線程對成員變量的操做對其它線程是透明的。volatile變量能夠保證下一個讀取操做會在前一個寫操做以後發生，就是上一題的volatile變量規則。點擊這裏查看更多volatile的相關內容。

11) 什麼是線程安全？Vector是一個線程安全類嗎？ （詳見這裏)

若是你的代碼所在的進程中有多個線程在同時運行，而這些線程可能會同時運行這段代碼。若是每次運行結果和單線程運行的結果是同樣的，並且其餘的變量的值也和預期的是同樣的，就是線程安全的。一個線程安全的計數器類的同一個實例對象在被多個線程使用的狀況下也不會出現計算失誤。很顯然你能夠將集合類分紅兩組，線程安全和非線程安全的。Vector 是用同步方法來實現線程安全的, 而和它類似的ArrayList不是線程安全的。

12) Java中什麼是競態條件？ 舉個例子說明。

競態條件會致使程序在併發狀況下出現一些bugs。多線程對一些資源的競爭的時候就會產生競態條件，若是首先要執行的程序競爭失敗排到後面執行了，那麼整個程序就會出現一些不肯定的bugs。這種bugs很難發現並且會重複出現，由於線程間的隨機競爭。一個例子就是無序處理，詳見答案。

13) Java中如何中止一個線程？

Java提供了很豐富的API但沒有爲中止線程提供API。JDK 1.0原本有一些像stop(), suspend() 和 resume()的控制方法可是因爲潛在的死鎖威脅所以在後續的JDK版本中他們被棄用了，以後Java API的設計者就沒有提供一個兼容且線程安全的方法來中止一個線程。當run() 或者 call() 方法執行完的時候線程會自動結束,若是要手動結束一個線程，你能夠用volatile 布爾變量來退出run()方法的循環或者是取消任務來中斷線程。點擊這裏查看示例代碼。

14) 一個線程運行時發生異常會怎樣？

這是我在一次面試中遇到的一個很刁鑽的Java面試題, 簡單的說，若是異常沒有被捕獲該線程將會中止執行。Thread.UncaughtExceptionHandler是用於處理未捕獲異常形成線程忽然中斷狀況的一個內嵌接口。當一個未捕獲異常將形成線程中斷的時候JVM會使用Thread.getUncaughtExceptionHandler()來查詢線程的UncaughtExceptionHandler並將線程和異常做爲參數傳遞給handler的uncaughtException()方法進行處理。

15） 如何在兩個線程間共享數據？

你能夠經過共享對象來實現這個目的，或者是使用像阻塞隊列這樣併發的數據結構。這篇教程《Java線程間通訊》(涉及到在兩個線程間共享對象)用wait和notify方法實現了生產者消費者模型。

16) Java中notify 和 notifyAll有什麼區別？

這又是一個刁鑽的問題，由於多線程能夠等待單監控鎖，Java API 的設計人員提供了一些方法當等待條件改變的時候通知它們，可是這些方法沒有徹底實現。notify()方法不能喚醒某個具體的線程，因此只有一個線程在等待的時候它纔有用武之地。而notifyAll()喚醒全部線程並容許他們爭奪鎖確保了至少有一個線程能繼續運行。個人博客有更詳細的資料和示例代碼。

17) 爲何wait, notify 和 notifyAll這些方法不在thread類裏面？

這是個設計相關的問題，它考察的是面試者對現有系統和一些廣泛存在但看起來不合理的事物的見解。回答這些問題的時候，你要說明爲何把這些方法放在Object類裏是有意義的，還有不把它放在Thread類裏的緣由。一個很明顯的緣由是JAVA提供的鎖是對象級的而不是線程級的，每一個對象都有鎖，經過線程得到。若是線程須要等待某些鎖那麼調用對象中的wait()方法就有意義了。若是wait()方法定義在Thread類中，線程正在等待的是哪一個鎖就不明顯了。簡單的說，因爲wait，notify和notifyAll都是鎖級別的操做，因此把他們定義在Object類中由於鎖屬於對象。你也能夠查看這篇文章瞭解更多。

18) 什麼是ThreadLocal變量？

ThreadLocal是Java裏一種特殊的變量。每一個線程都有一個ThreadLocal就是每一個線程都擁有了本身獨立的一個變量，競爭條件被完全消除了。它是爲建立代價高昂的對象獲取線程安全的好方法，好比你能夠用ThreadLocal讓SimpleDateFormat變成線程安全的，由於那個類建立代價高昂且每次調用都須要建立不一樣的實例因此不值得在局部範圍使用它，若是爲每一個線程提供一個本身獨有的變量拷貝，將大大提升效率。首先，經過複用減小了代價高昂的對象的建立個數。其次，你在沒有使用高代價的同步或者不變性的狀況下得到了線程安全。線程局部變量的另外一個不錯的例子是ThreadLocalRandom類，它在多線程環境中減小了建立代價高昂的Random對象的個數。查看答案瞭解更多。

19) 什麼是FutureTask？

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。

20) Java中interrupted 和 isInterruptedd方法的區別？

interrupted() 和 isInterrupted()的主要區別是前者會將中斷狀態清除然後者不會。Java多線程的中斷機制是用內部標識來實現的，調用Thread.interrupt()來中斷一個線程就會設置中斷標識爲true。當中斷線程調用靜態方法Thread.interrupted()來檢查中斷狀態時，中斷狀態會被清零。而非靜態方法isInterrupted()用來查詢其它線程的中斷狀態且不會改變中斷狀態標識。簡單的說就是任何拋出InterruptedException異常的方法都會將中斷狀態清零。不管如何，一個線程的中斷狀態有有可能被其它線程調用中斷來改變。

21) 爲何wait和notify方法要在同步塊中調用？

主要是由於Java API強制要求這樣作，若是你不這麼作，你的代碼會拋出IllegalMonitorStateException異常。還有一個緣由是爲了不wait和notify之間產生競態條件。

22) 爲何你應該在循環中檢查等待條件?

處於等待狀態的線程可能會收到錯誤警報和僞喚醒，若是不在循環中檢查等待條件，程序就會在沒有知足結束條件的狀況下退出。所以，當一個等待線程醒來時，不能認爲它原來的等待狀態仍然是有效的，在notify()方法調用以後和等待線程醒來以前這段時間它可能會改變。這就是在循環中使用wait()方法效果更好的緣由，你能夠在Eclipse中建立模板調用wait和notify試一試。若是你想了解更多關於這個問題的內容，我推薦你閱讀《Effective Java》這本書中的線程和同步章節。

23) Java中的同步集合與併發集合有什麼區別？

同步集合與併發集合都爲多線程和併發提供了合適的線程安全的集合，不過併發集合的可擴展性更高。在Java1.5以前程序員們只有同步集合來用且在多線程併發的時候會致使爭用，阻礙了系統的擴展性。Java5介紹了併發集合像ConcurrentHashMap，不只提供線程安全還用鎖分離和內部分區等現代技術提升了可擴展性。更多內容詳見答案。

24） Java中堆和棧有什麼不一樣？

爲何把這個問題歸類在多線程和併發面試題裏？由於棧是一塊和線程緊密相關的內存區域。每一個線程都有本身的棧內存，用於存儲本地變量，方法參數和棧調用，一個線程中存儲的變量對其它線程是不可見的。而堆是全部線程共享的一片公用內存區域。對象都在堆裏建立，爲了提高效率線程會從堆中弄一個緩存到本身的棧，若是多個線程使用該變量就可能引起問題，這時volatile 變量就能夠發揮做用了，它要求線程從主存中讀取變量的值。
更多內容詳見答案。

25） 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。好比單線程池，每次處理一個任務；數目固定的線程池或者是緩存線程池（一個適合不少生存期短的任務的程序的可擴展線程池）。更多內容詳見這篇文章。

26） 如何寫代碼來解決生產者消費者問題？

在現實中你解決的許多線程問題都屬於生產者消費者模型，就是一個線程生產任務供其它線程進行消費，你必須知道怎麼進行線程間通訊來解決這個問題。比較低級的辦法是用wait和notify來解決這個問題，比較讚的辦法是用Semaphore 或者 BlockingQueue來實現生產者消費者模型，這篇教程有實現它。

27） 如何避免死鎖？

Java多線程中的死鎖
死鎖是指兩個或兩個以上的進程在執行過程當中，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。這是一個嚴重的問題，由於死鎖會讓你的程序掛起沒法完成任務，死鎖的發生必須知足如下四個條件：

• 互斥條件：一個資源每次只能被一個進程使用。
• 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：進程已得到的資源，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。

避免死鎖最簡單的方法就是阻止循環等待條件，將系統中全部的資源設置標誌位、排序，規定全部的進程申請資源必須以必定的順序（升序或降序）作操做來避免死鎖。這篇教程有代碼示例和避免死鎖的討論細節。

28) Java中活鎖和死鎖有什麼區別？

這是上題的擴展，活鎖和死鎖相似，不一樣之處在於處於活鎖的線程或進程的狀態是不斷改變的，活鎖能夠認爲是一種特殊的飢餓。一個現實的活鎖例子是兩我的在狹小的走廊碰到，兩我的都試着避讓對方好讓彼此經過，可是由於避讓的方向都同樣致使最後誰都不能經過走廊。簡單的說就是，活鎖和死鎖的主要區別是前者進程的狀態能夠改變可是卻不能繼續執行。

29） 怎麼檢測一個線程是否擁有鎖？

我一直不知道咱們居然能夠檢測一個線程是否擁有鎖，直到我參加了一次電話面試。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。你能夠查看這篇文章瞭解更多。

30) 你如何在Java中獲取線程堆棧？

對於不一樣的操做系統，有多種方法來得到Java進程的線程堆棧。當你獲取線程堆棧時，JVM會把全部線程的狀態存到日誌文件或者輸出到控制檯。在Windows你可使用Ctrl + Break組合鍵來獲取線程堆棧，Linux下用kill -3命令。你也能夠用jstack這個工具來獲取，它對線程id進行操做，你能夠用jps這個工具找到id。

31) JVM中哪一個參數是用來控制線程的棧堆棧小的

這個問題很簡單， -Xss參數用來控制線程的堆棧大小。你能夠查看JVM配置列表來了解這個參數的更多信息。

32） Java中synchronized 和 ReentrantLock 有什麼不一樣？

Java在過去很長一段時間只能經過synchronized關鍵字來實現互斥，它有一些缺點。好比你不能擴展鎖以外的方法或者塊邊界，嘗試獲取鎖時不能中途取消等。Java 5 經過Lock接口提供了更復雜的控制來解決這些問題。 ReentrantLock 類實現了 Lock，它擁有與 synchronized 相同的併發性和內存語義且它還具備可擴展性。你能夠查看這篇文章瞭解更多

33） 有三個線程T1，T2，T3，怎麼確保它們按順序執行？

在多線程中有多種方法讓線程按特定順序執行，你能夠用線程類的join()方法在一個線程中啓動另外一個線程，另一個線程完成該線程繼續執行。爲了確保三個線程的順序你應該先啓動最後一個(T3調用T2，T2調用T1)，這樣T1就會先完成而T3最後完成。你能夠查看這篇文章瞭解更多。

34) Thread類中的yield方法有什麼做用？

Yield方法能夠暫停當前正在執行的線程對象，讓其它有相同優先級的線程執行。它是一個靜態方法並且只保證當前線程放棄CPU佔用而不能保證使其它線程必定能佔用CPU，執行yield()的線程有可能在進入到暫停狀態後立刻又被執行。點擊這裏查看更多yield方法的相關內容。

35） 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。欲瞭解更多併發度和內部大小調整請閱讀個人文章How ConcurrentHashMap works in Java。

36） 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。更多詳細信息請點擊這裏。

37）若是你提交任務時，線程池隊列已滿。會時發會生什麼？

這個問題問得很狡猾，許多程序員會認爲該任務會阻塞直到線程池隊列有空位。事實上若是一個任務不能被調度執行那麼ThreadPoolExecutor’s submit()方法將會拋出一個RejectedExecutionException異常。

38) 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。更多詳細信息請點擊這裏。

39) 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。更多詳細信息請點擊這裏。

40) Swing是線程安全的嗎？ 爲何？

你能夠很確定的給出回答，Swing不是線程安全的，可是你應該解釋這麼回答的緣由即使面試官沒有問你爲何。當咱們說swing不是線程安全的經常提到它的組件，這些組件不能在多線程中進行修改，全部對GUI組件的更新都要在AWT線程中完成，而Swing提供了同步和異步兩種回調方法來進行更新。點擊這裏查看更多swing和線程安全的相關內容。

41） Java中invokeAndWait 和 invokeLater有什麼區別？

這兩個方法是Swing API 提供給Java開發者用來從當前線程而不是事件派發線程更新GUI組件用的。InvokeAndWait()同步更新GUI組件，好比一個進度條，一旦進度更新了，進度條也要作出相應改變。若是進度被多個線程跟蹤，那麼就調用invokeAndWait()方法請求事件派發線程對組件進行相應更新。而invokeLater()方法是異步調用更新組件的。更多詳細信息請點擊這裏。

42) Swing API中那些方法是線程安全的？

這個問題又提到了swing和線程安全，雖然組件不是線程安全的可是有一些方法是能夠被多線程安全調用的，好比repaint(), revalidate()。 JTextComponent的setText()方法和JTextArea的insert() 和 append() 方法也是線程安全的。

43) 如何在Java中建立Immutable對象？

這個問題看起來和多線程沒什麼關係， 但不變性有助於簡化已經很複雜的併發程序。Immutable對象能夠在沒有同步的狀況下共享，下降了對該對象進行併發訪問時的同步化開銷。但是Java沒有@Immutable這個註解符，要建立不可變類，要實現下面幾個步驟：經過構造方法初始化全部成員、對變量不要提供setter方法、將全部的成員聲明爲私有的，這樣就不容許直接訪問這些成員、在getter方法中，不要直接返回對象自己，而是克隆對象，並返回對象的拷貝。個人文章how to make an object Immutable in Java有詳細的教程，看完你能夠充滿自信。

44） Java中的ReadWriteLock是什麼？

通常而言，讀寫鎖是用來提高併發程序性能的鎖分離技術的成果。Java中的ReadWriteLock是Java 5 中新增的一個接口，一個ReadWriteLock維護一對關聯的鎖，一個用於只讀操做一個用於寫。在沒有寫線程的狀況下一個讀鎖可能會同時被多個讀線程持有。寫鎖是獨佔的，你可使用JDK中的ReentrantReadWriteLock來實現這個規則，它最多支持65535個寫鎖和65535個讀鎖。

45) 多線程中的忙循環是什麼?

忙循環就是程序員用循環讓一個線程等待，不像傳統方法wait(), sleep() 或 yield() 它們都放棄了CPU控制，而忙循環不會放棄CPU，它就是在運行一個空循環。這麼作的目的是爲了保留CPU緩存，在多核系統中，一個等待線程醒來的時候可能會在另外一個內核運行，這樣會重建緩存。爲了不重建緩存和減小等待重建的時間就可使用它了。你能夠查看這篇文章得到更多信息。

46）volatile 變量和 atomic 變量有什麼不一樣？

這是個有趣的問題。首先，volatile 變量和 atomic 變量看起來很像，但功能卻不同。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。

47) 若是同步塊內的線程拋出異常會發生什麼？

這個問題坑了不少Java程序員，若你能想到鎖是否釋放這條線索來回答還有點但願答對。不管你的同步塊是正常仍是異常退出的，裏面的線程都會釋放鎖，因此對比鎖接口我更喜歡同步塊，由於它不用我花費精力去釋放鎖，該功能能夠在finally block裏釋放鎖實現。

48） 單例模式的雙檢鎖是什麼？

這個問題在Java面試中常常被問到，可是面試官對回答此問題的滿意度僅爲50%。一半的人寫不出雙檢鎖還有一半的人說不出它的隱患和Java1.5是如何對它修正的。它實際上是一個用來建立線程安全的單例的老方法，當單例實例第一次被建立時它試圖用單個鎖進行性能優化，可是因爲太過於複雜在JDK1.4中它是失敗的，我我的也不喜歡它。不管如何，即使你也不喜歡它可是仍是要了解一下，由於它常常被問到。你能夠查看how double checked locking on Singleton works這篇文章得到更多信息。

49） 如何在Java中建立線程安全的Singleton？

這是上面那個問題的後續，若是你不喜歡雙檢鎖而面試官問了建立Singleton類的替代方法，你能夠利用JVM的類加載和靜態變量初始化特徵來建立Singleton實例，或者是利用枚舉類型來建立Singleton，我很喜歡用這種方法。你能夠查看這篇文章得到更多信息。

50) 寫出3條你遵循的多線程最佳實踐

這種問題我最喜歡了，我相信你在寫併發代碼來提高性能的時候也會遵循某些最佳實踐。如下三條最佳實踐我以爲大多數Java程序員都應該遵循：

• 給你的線程起個有意義的名字。
  這樣能夠方便找bug或追蹤。OrderProcessor, QuoteProcessor or TradeProcessor 這種名字比 Thread-1. Thread-2 and Thread-3 好多了，給線程起一個和它要完成的任務相關的名字，全部的主要框架甚至JDK都遵循這個最佳實踐。
• 避免鎖定和縮小同步的範圍
  鎖花費的代價高昂且上下文切換更耗費時間空間，試試最低限度的使用同步和鎖，縮小臨界區。所以相對於同步方法我更喜歡同步塊，它給我擁有對鎖的絕對控制權。
• 多用同步類少用wait 和 notify
  首先，CountDownLatch, Semaphore, CyclicBarrier 和 Exchanger 這些同步類簡化了編碼操做，而用wait和notify很難實現對複雜控制流的控制。其次，這些類是由最好的企業編寫和維護在後續的JDK中它們還會不斷優化和完善，使用這些更高等級的同步工具你的程序能夠不費吹灰之力得到優化。
• 多用併發集合少用同步集合
  這是另一個容易遵循且受益巨大的最佳實踐，併發集合比同步集合的可擴展性更好，因此在併發編程時使用併發集合效果更好。若是下一次你須要用到map，你應該首先想到用ConcurrentHashMap。個人文章Java併發集合有更詳細的說明。

http://www.importnew.com/12773.html