前言

多线程和并发问题是Java技术面试中面试官比较喜欢问的问题之一。在这里,从面试的角度列出了大部分重要的问题,但是你仍然应该牢固的掌握Java多线程基础知识来对应日后碰到的问题。

一、基础知识

1. 为什么要使用并发编程

  • 充分利用多核CPU的计算能力:通过并发编程的形式可以将多核CPU的计算能力发挥到极致,性能得到提升
  • 方便进行业务拆分,提升系统并发能力和性能:在特殊的业务场景下,先天的就适合于并发编程。现在的系统动不动就要求百万级甚至千万级的并发量,而多线程并发编程正是开发高并发系统的基础,利用好多线程机制可以大大提高系统整体的并发能力以及性能。面对复杂业务模型,并行程序会比串行程序更适应业务需求,而并发编程更能吻合这种业务拆分 。

2. 多线程应用场景

3. 并发编程有什么缺点

并发编程的目的就是为了能提高程序的执行效率,提高程序运行速度,但是并发编程并不总是能提高程序运行速度的,而且并发编程可能会遇到很多问题,比如**:内存泄漏、上下文切换、线程安全、死锁**等问题。

4. 并发编程三个必要因素是什么?

并发编程三要素(线程的安全性问题体现在):

原子性:原子,即一个不可再被分割的颗粒。原子性指的是一个或多个操作要么全部执行成功要么全部执行失败。

可见性:一个线程对共享变量的修改,另一个线程能够立刻看到。(synchronized,volatile)

有序性:程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。(处理器可能会对指令进行重排序)

出现线程安全问题的原因:

  • 线程切换带来的原子性问题
  • 缓存导致的可见性问题
  • 编译优化带来的有序性问题

解决办法:

  • JDK Atomic开头的原子类、synchronized、LOCK,可以解决原子性问题
  • synchronized、volatile、LOCK,可以解决可见性问题
  • Happens-Before 规则可以解决有序性问题

5. Java 程序中怎么保证多线程的运行安全?

6. 并行和并发有什么区别?

7. 什么是多线程

多线程:多线程是指程序中包含多个执行流,即在一个程序中可以同时运行多个不同的线程来执行不同的任务。

8. 多线程的好处

可以提高 CPU 的利用率。在多线程程序中,一个线程必须等待的时候,CPU 可以运行其它的线程而不是等待,这样就大大提高了程序的效率。也就是说允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务。

9. 多线程的劣势:

  • 线程也是程序,所以线程需要占用内存,线程越多占用内存也越多;
  • 多线程需要协调和管理,所以需要 CPU 时间跟踪线程;
  • 线程之间对共享资源的访问会相互影响,必须解决竞用共享资源的问题。

10. 线程和进程区别

进程

一个在内存中运行的应用程序。每个进程都有自己独立的一块内存空间,一个进程可以有多个线程,比如在Windows系统中,一个运行的xx.exe就是一个进程。

线程

进程中的一个执行任务(控制单元),负责当前进程中程序的执行。一个进程至少有一个线程,一个进程可以运行多个线程,多个线程可共享数据。

线程具有许多传统进程所具有的特征,故又称为轻型进程(Light—Weight Process)或进程元;而把传统的进程称为重型进程(Heavy—Weight Process),它相当于只有一个线程的任务。在引入了线程的操作系统中,通常一个进程都有若干个线程,至少包含一个线程。

根本区别:进程是操作系统资源分配的基本单位,而线程是处理器任务调度和执行的基本单位

资源开销:每个进程都有独立的代码和数据空间(程序上下文),程序之间的切换会有较大的开销;线程可以看做轻量级的进程,同一类线程共享代码和数据空间,每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器(PC),线程之间切换的开销小。

包含关系:如果一个进程内有多个线程,则执行过程不是一条线的,而是多条线(线程)共同完成的;线程是进程的一部分,所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。

内存分配:同一进程的线程共享本进程的地址空间和资源,而进程之间的地址空间和资源是相互独立的

影响关系:一个进程崩溃后,在保护模式下不会对其他进程产生影响,但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。

执行过程:每个独立的进程有程序运行的入口、顺序执行序列和程序出口。但是线程不能独立执行,必须依存在应用程序中,由应用程序提供多个线程执行控制,两者均可并发执行

11. 什么是上下文切换?

多线程编程中一般线程的个数都大于 CPU 核心的个数,而一个 CPU 核心在任意时刻只能被一个线程使用,为了让这些线程都能得到有效执行,CPU 采取的策略是为每个线程分配时间片并轮转的形式。当一个线程的时间片用完的时候就会重新处于就绪状态让给其他线程使用,这个过程就属于一次上下文切换。

概括来说就是:当前任务在执行完 CPU 时间片切换到另一个任务之前会先保存自己的状态,以便下次再切换回这个任务时,可以再加载这个任务的状态。任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换

上下文切换通常是计算密集型的。也就是说,它需要相当可观的处理器时间,在每秒几十上百次的切换中,每次切换都需要纳秒量级的时间。所以,上下文切换对系统来说意味着消耗大量的 CPU 时间,事实上,可能是操作系统中时间消耗最大的操作。

Linux 相比与其他操作系统(包括其他类 Unix 系统)有很多的优点,其中有一项就是,其上下文切换和模式切换的时间消耗非常少。

12. 守护线程和用户线程有什么区别呢?

守护线程和用户线程

  • 用户 (User) 线程:运行在前台,执行具体的任务,如程序的主线程、连接网络的子线程等都是用户线程
  • 守护 (Daemon) 线程:运行在后台,为其他前台线程服务。也可以说守护线程是 JVM 中非守护线程的 “佣人”。一旦所有用户线程都结束运行,守护线程会随 JVM 一起结束工作

main 函数所在的线程就是一个用户线程啊,main 函数启动的同时在 JVM 内部同时还启动了好多守护线程,比如垃圾回收线程。

比较明显的区别之一是用户线程结束,JVM 退出,不管这个时候有没有守护线程运行。而守护线程不会影响 JVM 的退出。

注意事项:

  1. setDaemon(true)必须在start()方法前执行,否则会抛出 IllegalThreadStateException 异常
  2. 在守护线程中产生的新线程也是守护线程
  3. 不是所有的任务都可以分配给守护线程来执行,比如读写操作或者计算逻辑
  4. 守护 (Daemon) 线程中不能依靠 finally 块的内容来确保执行关闭或清理资源的逻辑。因为我们上面也说过了一旦所有用户线程都结束运行,守护线程会随 JVM 一起结束工作,所以守护 (Daemon) 线程中的 finally 语句块可能无法被执行。

13. 如何在 Windows 和 Linux 上查找哪个线程cpu利用率最高?

14. 什么是线程死锁

15. 形成死锁的四个必要条件是什么

16. 如何避免线程死锁

17. 创建线程的四种方式

18. 说一下 runnable 和 callable 有什么区别

19. 线程的 run()和 start()有什么区别?

20. 为什么我们调用 start() 方法时会执行 run() 方法,为什么我们不能直接调用 run() 方法?

21. 什么是 Callable 和 Future?

22. 什么是 FutureTask

23. 线程的状态

24. Java 中用到的线程调度算法是什么?

25. 线程的调度策略

26. 什么是线程调度器(Thread Scheduler)和时间分片(Time Slicing )?

27. 请说出与线程同步以及线程调度相关的方法。

28. sleep() 和 wait() 有什么区别?

29. 你是如何调用 wait() 方法的?使用 if 块还是循环?为什么?

30. 为什么线程通信的方法 wait(), notify()和 notifyAll()被定义在 Object 类里?

31. 为什么 wait(), notify()和 notifyAll()必须在同步方法或者同步块中被调用?

32. Thread 类中的 yield 方法有什么作用?

33. 为什么 Thread 类的 sleep()和 yield ()方法是静态的?

34. 线程的 sleep()方法和 yield()方法有什么区别?

35. 如何停止一个正在运行的线程?

36. Java 中 interrupted 和 isInterrupted 方法的区别?

37. 什么是阻塞式方法?

38. Java 中你怎样唤醒一个阻塞的线程?

39. notify() 和 notifyAll() 有什么区别?

40. 如何在两个线程间共享数据?

41. Java 如何实现多线程之间的通讯和协作?

42. 同步方法和同步块,哪个是更好的选择?

43. 什么是线程同步和线程互斥,有哪几种实现方式?

44. 在监视器(Monitor)内部,是如何做线程同步的?程序应该做哪种级别的同步?

45. 如果你提交任务时,线程池队列已满,这时会发生什么

46. 什么叫线程安全?servlet 是线程安全吗?

47. 在 Java 程序中怎么保证多线程的运行安全?

48. 你对线程优先级的理解是什么?

49. 线程类的构造方法、静态块是被哪个线程调用的

50. Java 中怎么获取一份线程 dump 文件?你如何在 Java 中获取线程堆栈?

51. 一个线程运行时发生异常会怎样?

52. Java 线程数过多会造成什么异常?

53. 多线程的常用方法

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二、并发理论

1. Java中垃圾回收有什么目的?什么时候进行垃圾回收?

2. 线程之间如何通信及线程之间如何同步

3. Java内存模型

4. 如果对象的引用被置为null,垃圾收集器是否会立即释放对象占用的内存?

5. finalize()方法什么时候被调用?析构函数(finalization)的目的是什么?

6. 什么是重排序

7. 重排序实际执行的指令步骤

8. 重排序遵守的规则

9. as-if-serial规则和happens-before规则的区别

10. 并发关键字 synchronized ?

11. 说说自己是怎么使用 synchronized 关键字,在项目中用到了吗

12. 单例模式了解吗?给我解释一下双重检验锁方式实现单例模式!”

13. 说一下 synchronized 底层实现原理?

14. synchronized可重入的原理

15. 什么是自旋

16. 多线程中 synchronized 锁升级的原理是什么?

17. 线程 B 怎么知道线程 A 修改了变量

18. 当一个线程进入一个对象的 synchronized 方法 A 之后,其它线程是否可进入此对象的 synchronized 方法 B?

19. synchronized、volatile、CAS 比较

20. synchronized 和 Lock 有什么区别?

21. synchronized 和 ReentrantLock 区别是什么?

22. volatile 关键字的作用

23. Java 中能创建 volatile 数组吗?

24. volatile 变量和 atomic 变量有什么不同?

25. volatile 能使得一个非原子操作变成原子操作吗?

26. synchronized 和 volatile 的区别是什么?

27. final不可变对象,它对写并发应用有什么帮助?

28. Lock 接口和synchronized 对比同步它有什么优势?

29. 乐观锁和悲观锁的理解及如何实现,有哪些实现方式?

30. 什么是 CAS

31. CAS 的会产生什么问题?

32. 什么是原子类

33. 原子类的常用类

34. 说一下 Atomic的原理?

35. 死锁与活锁的区别,死锁与饥饿的区别?

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三、线程池

1. 什么是线程池?

2. 线程池作用?

3. 线程池有什么优点?

4. 什么是ThreadPoolExecutor?

5. 什么是Executors?

6. 线程池四种创建方式?

7. 在 Java 中 Executor 和 Executors 的区别?

8. 四种构建线程池的区别及特点?

9. 线程池都有哪些状态?

10. 线程池中 submit() 和 execute() 方法有什么区别?

11. 什么是线程组,为什么在 Java 中不推荐使用?

12. ThreadPoolExecutor饱和策略有哪些?、

13. 如何自定义线程线程池?

14. 线程池的执行原理?

15. 如何合理分配线程池大小?

四、并发容器

1. 你经常使用什么并发容器,为什么?

2. 什么是Vector

3. ArrayList和Vector有什么不同之处?

4. 为什么HashTable是线程安全的?

5. 用过ConcurrentHashMap,讲一下他和HashTable的不同之处?

6. Collections.synchronized * 是什么?

7. Java 中 ConcurrentHashMap 的并发度是什么?

8. 什么是并发容器的实现?

9. Java 中的同步集合与并发集合有什么区别?

10. SynchronizedMap 和 ConcurrentHashMap 有什么区别?

11. CopyOnWriteArrayList 是什么?

12. CopyOnWriteArrayList 的使用场景?

13. CopyOnWriteArrayList 的缺点?

14. CopyOnWriteArrayList 的设计思想?

五、并发队列

1. 什么是并发队列:

  • 消息队列很多人知道:消息队列是分布式系统中重要的组件,是系统与系统直接的通信
  • 并发队列是什么:并发队列多个线程以有次序共享数据的重要组件

2. 并发队列和并发集合的区别:

  • 队列遵循“先进先出”的规则,可以想象成排队检票,队列一般用来解决大数据量采集处理和显示 的。
  • 并发集合就是在多个线程中共享数据的

3. 怎么判断并发队列是阻塞队列还是非阻塞队列

在并发队列上JDK提供了Queue接口,一个是以Queue接口下的BlockingQueue接口为代表的阻塞 队列,另一个是高性能(无堵塞)队列。

4. 阻塞队列和非阻塞队列区别

  • 当队列阻塞队列为空的时,从队列中获取元素的操作将会被阻塞。
  • 或者当阻塞队列是满时,往队列里添加元素的操作会被阻塞。
  • 或者试图从空的阻塞队列中获取元素的线程将会被阻塞,直到其他的线程往空的队列插入新的元素。
  • 试图往已满的阻塞队列中添加新元素的线程同样也会被阻塞,直到其他的线程使队列重新变得空闲起来

5. 常用并发列队的介绍:

并发队列的常用方法

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六、并发工具类

1. 常用的并发工具类有哪些?

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干货不够多?小编这里还整理了一份Java并发编程线程学习笔记分享给到你,

Java并发编程线程学习笔记

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由于篇幅有限,下面只展示部分并发编程内容。

第1 章 并发编程线程基础

1.1 什么是线程

1.2 线程创建与运行

1.3 线程通知与等待

1.4 等待线程执行终止的join 方法

1.5 让线程睡眠的sleep 方法

1.6 让出CPU 执行权的yield 方法

1.8 理解线程上下文切换

1.9 线程死锁

1.10 守护线程与用户线程

1.11 ThreadLocal

第2 章 并发编程的其他基础知识

2.1 什么是多线程并发编程

2.2 为什么要进行多线程并发编程

2.3 Java 中的线程安全问题

2.4 Java 中共享变量的内存可见性问题

2.5 Java 中的synchronized 关键字

2.6 Java 中的volatile 关键字

2.7 Java 中的原子性操作

2.8 Java 中的CAS 操作

2.9 Unsafe 类

2.10 Java 指令重排序

2.11 伪共享

2.12 锁的概述

2.13 总结

第3 章 Java 并发包中ThreadLocalRandom 类原理剖析

3.1 Random 类及其局限性

3.2 ThreadLocalRandom

3.3 源码分析

3.4 总结

第4 章 Java 并发包中原子操作类原理剖析

4.1 原子变量操作类

4.2 JDK 8 新增的原子操作类LongAdder

4.3 LongAccumulator 类原理探究

4.4 总结

第5 章 Java 并发包中并发List 源码剖析

5.1 介绍

5.2 主要方法源码解析

5.3 总结

第6 章 Java 并发包中锁原理剖析

6.1 LockSupport 工具类

6.2 抽象同步队列AQS 概述

6.3 独占锁ReentrantLock 的原理

6.4 读写锁ReentrantReadWriteLock 的原理

6.5 JDK 8 中新增的StampedLock 锁探究

第7 章 Java 并发包中并发队列原理剖析

7.1 ConcurrentLinkedQueue 原理探究

7.2 LinkedBlockingQueue 原理探究

7.3 ArrayBlockingQueue 原理探究

7.4 PriorityBlockingQueue 原理探究

7.5 DelayQueue 原理探究

第8 章 Java 并发包中线程池ThreadPoolExecutor 原理探究

8.1 介绍

8.2 类图介绍

8.3 源码分析

8.4 总结

第9 章 Java 并发包中ScheduledThreadPoolExecutor 原理探究

9.1 介绍

9.2 类图介绍

9.3 原理剖析

9.3.2 scheduleWithFixedDelay(Runnable command,long initialDelay, long delay,

TimeUnit unit) 方法

9.3.3 scheduleAtFixedRate(Runnable command,long initialDelay,long period,

TimeUnit unit) 方法

9.4 总结

第10 章 Java 并发包中线程同步器原理剖析

10.1 CountDownLatch 原理剖析

10.2 回环屏障CyclicBarrier原理探究

11.1 ArrayBlockingQueue的使用

11.2 Tomcat的NioEndPoint中ConcurrentLinkedQueue的使用

11.3 并发组件ConcurrentHashMap使用注意事项

11.4 SimpleDateFormat是线程不安全的

11.5 使用Timer时需要注意的事情

11.6 对需要复用但是会被下游修改的参数要进行深复制

11.7 创建线程和线程池时要指定与业务相关的名称

11.8 使用线程池的情况下当程序结束时记得调用shutdown关闭线程池

11.9 线程池使用FutureTask时需要注意的事情

11.10 使用ThreadLocal不当可能会导致内存泄漏

11.11 总结

由于篇幅有限,获取完整面试题和答案解析可以关注公种浩:麒麟改 bug,获取。