搞定Java多线程：多线程面试问题梳理

àì夳堔傛蜴生んèń 2023-07-07 05:49 6阅读 0赞

1、 什么是线程？

**线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位**。程序员可以通过它进行多处理器编程，你可以使用多线程对运算密集型任务提速。比如，如果一个线程完成一个任务要100毫秒，那么用十个线程完成改任务只需10毫秒。Java多线程充分发挥了计算机多核CPU的优势。

2、线程和进程有什么区别？

**线程是进程的子集**，一个进程可以有很多线程，每条线程并行执行不同的任务。**不同的进程使用不同的内存空间，而所有的线程共享一片相同的内存空间**。别把它和栈内存搞混，每个线程都拥有单独的栈内存用来存储本地数据。

3、线程的五大状态？

*  创建状态（New）：用三种方式创建线程，还没有调用start。
 *  就绪状态（Runnable）：在创建了线程之后，调用Thread类的start()方法来启动一个线程，即表示线程进入就绪状态。
 *  运行状态（Running）：当线程获得CPU时间，线程才从就绪状态进入到运行状态
 *  阻塞状态（Blocked）：运行中的线程进入阻塞状态，如调用sleep()方法让线程睡眠，调用wait()方法让线程等待等。
 *  终止状态（Dead）：当线程的run()方法完成时，或者主线程的main()方法完成时，我们就认为它终止了。

4、如何在Java中实现线程？

*  继承java.lang.Thread 类
 *  实现Runnable接口
 *  实现Callable<>接口

5、用Runnable还是Thread？

这个问题是上题的后续，大家都知道我们可以通过继承Thread类或者调用Runnable接口来实现线程，问题是，那个方法更好呢？什么情况下使 用它？这个问题很容易回答，如果你知道Java不支持类的多重继承，但允许你调用多个接口。所以如果你要继承其他类，当然是调用Runnable接口好了。

6、Thread 类中的start() 和 run() 方法有什么区别？

这个问题经常被问到，但还是能从此区分出面试者对Java线程模型的理解程度。**start()方法被用来启动新创建的线程，而且start()内部调用了run()方法**，这和直接调用run()方法的效果不一样。当你调用run()方法的时候，只会是在原来的线程中调用，没有新的线程启 动，start()方法才会启动新线程。

7、Java中Runnable和Callable有什么不同？

Runnable和Callable都代表那些要在不同的线程中执行的任务。Runnable从JDK1.0开始就有了，Callable是在 JDK1.5增加的。它们的主要**区别是Callable的 call() 方法可以返回值（Future对象）和抛出异常**，而Runnable的run()方法没有这些功能。Callable可以返回装载有计算结果的Future对象。

8、Java中notify 和 notifyAll有什么区别？

这又是一个刁钻的问题，因为多线程可以等待单监控锁，Java API 的设计人员提供了一些方法当等待条件改变的时候通知它们，但是这些方法没有完全实现。**notify()方法不能唤醒某个具体的线程，所以只有一个线程在等 待的时候它才有用武之地。而notifyAll()唤醒所有线程并允许他们争夺锁确保了至少有一个线程能继续运行**。

9、为什么wait, notify 和 notifyAll这些方法不在thread类里面？

这是个设计相关的问题，它考察的是面试者对现有系统和一些普遍存在但看起来不合理的事物的看法。回答这些问题的时候，你要说明为什么把这些方法放在 Object类里是有意义的，还有不把它放在Thread类里的原因。一个很明显的原因是JAVA提供的锁是对象级的而不是线程级的，每个对象都有锁，通 过线程获得。如果线程需要等待某些锁那么调用对象中的wait()方法就有意义了。如果wait()方法定义在Thread类中，线程正在等待的是哪个锁就不明显了。简单的说，**wait，notify和notifyAll是针对对象加锁**。

10、为什么wait和notify方法要在同步块中调用？

wait和notify方法执行的时候必须先获得对象，还有一个原因是为了避免wait和notify之间产生竞态条件。

11、Java中的volatile变量是什么？

volatile是一个特殊的修饰符，只作用于**共享变量**。保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。**volatile保障的是可见性和有序性（禁止指令重排），不保证原子性**。

12、 什么是ThreadLocal变量？

ThreadLocal使用场合主要解决多线程中数据数据因并发产生不一致问题。**ThreadLocal为每个线程的中并发访问的数据提供一个副本，通过访问副本来运行业务，这样的结果是耗费了内存，单大大减少了线程同步所带来性能消耗，也减少了线程并发控制的复杂度**。

ThreadLocal不能使用原子类型，只能使用Object类型。ThreadLocal的使用比synchronized要简单得多。

ThreadLocal和Synchonized都用于解决多线程并发访问。但是ThreadLocal与synchronized有本质的区别。synchronized是利用锁的机制，使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问。而ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本，使得每个线程在某一时间访问到的并不是同一个对象，这样就隔离了多个线程对数据的数据共享。而Synchronized却正好相反，它用于在多个线程间通信时能够获得数据共享。

13、 什么是FutureTask？

**FutureTask是一种异步任务(或异步计算)**，举个栗子，主线程的逻辑中需要使用某个值，但这个值需要负责的运算得来，那么主线程可以提前建立一个异步任务来计算这个值(在其他的线程中计算)，然后去做其他事情，当需要这个值的时候再通过刚才建立的异步任务来获取这个值，**有点并行的意思，这样可以缩短整个主线程逻辑的执行时间**。与1.6版本不同，**1.7的FutureTask不再基于AQS来构建，而是在内部采用简单的Treiber Stack来保存等待线程**。

14、什么是线程安全？Vector是一个线程安全类吗？

如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量 的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。一个线程安全的计数器类的同一个实例对象在被多个线程使用的情况下也不会出现计算失误。很显然你可以将集合类分 成两组，线程安全和非线程安全的。Vector 是用同步方法来实现线程安全的, 而和它相似的ArrayList不是线程安全的。

15、Java中interrupted 和 isInterruptedd方法的区别？

interrupted() 和 isInterrupted()的主要**区别是前者会将中断状态清除而后者不会**。Java多线程的中断机制是用内部标识来实现的，调用Thread.interrupt()来中断一个线程就会设置中断标识为true。当中断线程调用静态方法Thread.interrupted()来 检查中断状态时，中断状态会被清零。而非静态方法isInterrupted()用来查询其它线程的中断状态且不会改变中断状态标识。简单的说就是任何抛 出InterruptedException异常的方法都会将中断状态清零。无论如何，一个线程的中断状态有有可能被其它线程调用中断来改变。

16、为什么你应该在循环中检查等待条件?

**处于等待状态的线程可能会收到错误警报和伪唤醒，如果不在循环中检查等待条件，程序就会在没有满足结束条件的情况下退出。**因此，当一个等待线程醒来 时，不能认为它原来的等待状态仍然是有效的，在notify()方法调用之后和等待线程醒来之前这段时间它可能会改变。这就是在循环中使用wait()方法效果更好的原因。

17、什么是线程池？ 为什么要使用它？

**创建线程要花费昂贵的资源和时间，如果任务来了才创建线程那么响应时间会变长，而且一个进程能创建的线程数有限**。为了避免这些问题，在程序启动的时 候就创建若干线程来响应处理，它们被称为线程池，里面的线程叫工作线程。从JDK1.5开始，Java API提供了**Executor框架**让你可以创建不同的线程池。比如单线程池，每次处理一个任务；数目固定的线程池或者是缓存线程池（一个适合很多生存期短 的任务的程序的可扩展线程池）。

18、如何写代码来解决生产者消费者问题？

在现实中你解决的许多线程问题都属于**生产者消费者模型，就是一个线程生产任务供其它线程进行消费，你必须知道怎么进行线程间通信来解决这个问题。比 较低级的办法是用wait和notify来解决这个问题，比较赞的办法是用Semaphore 或者 BlockingQueue来实现生产者消费者模型。**

19、如何避免死锁？  
**死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去**。这是一个严重的问题，因为死锁会让你的程序挂起无法完成任务，死锁的发生必须满足以下四个条件：

*  **互斥条件**：一个资源每次只能被一个进程使用。
 *  **请求与保持条件**：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
 *  **不剥夺条件**：进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。
 *  **循环等待条件**：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

**避免死锁最简单的方法就是阻止循环等待条件，将系统中所有的资源设置标志位、排序，规定所有的进程申请资源必须以一定的顺序（升序或降序）做操作来避免死锁。**

20、 Java中活锁和死锁有什么区别？

这是上题的扩展，活锁和死锁类似，不同之处在于处于**活锁的线程或进程的状态是不断改变的，活锁可以认为是一种特殊的饥饿。一个现实的活锁例子是两个 人在狭小的走廊碰到，两个人都试着避让对方好让彼此通过，但是因为避让的方向都一样导致最后谁都不能通过走廊。**简单的说就是，活锁和死锁的主要区别是前者 进程的状态可以改变但是却不能继续执行。

21、怎么检测一个线程是否拥有锁？

我一直不知道我们竟然可以检测一个线程是否拥有锁，直到我参加了一次电话面试。在java.lang.Thread中有一个方法叫**holdsLock()**，它返回true如果当且仅当当前线程拥有某个具体对象的锁。

22、Java中的同步集合与并发集合有什么区别？

同步集合与并发集合都为多线程和并发提供了合适的线程安全的集合，不过并发集合的可扩展性更高。**在Java1.5之前程序员们只有同步集合来用且在多线程并发的时候会导致争用，阻碍了系统的扩展性。Java5介绍了并发集合像ConcurrentHashMap，不仅提供线程安全还用锁分离和内部分 区等现代技术提高了可扩展性**。

23、Java中堆和栈有什么不同？

为什么把这个问题归类在多线程和并发面试题里？因为栈是一块和线程紧密相关的内存区域。**每个线程都有自己的栈内存，用于存储本地变量，方法参数和栈 调用，一个线程中存储的变量对其它线程是不可见的**。而**堆是所有线程共享的一片公用内存区域**。对象都在堆里创建，为了提升效率线程会从堆中弄一个缓存到自己 的栈，如果**多个线程使用该变量就可能引发问题，这时volatile 变量就可以发挥作用了，它要求线程从主存中读取变量的值**。

24、 你如何在Java中获取线程堆栈？

对于不同的操作系统，有多种方法来获得Java进程的线程堆栈。当你获取线程堆栈时，JVM会把所有线程的状态存到日志文件或者输出到控制台。在 Windows你可以使用Ctrl + Break组合键来获取线程堆栈，Linux下用kill -3命令。你也可以用jstack这个工具来获取，它对线程id进行操作，你可以用jps这个工具找到id。

25、JVM中哪个参数是用来控制线程的栈堆栈小的

这个问题很简单， **-Xss参数用来控制线程的堆栈大小**。

26、Java中synchronized 和 ReentrantLock 有什么不同？

*  Syncronized时JVM实现的关键字，ReentrantLock是JDK（java类）实现的。
 *  ReentrantLock需要配合try/finally方法进行使用。
 *  ReentrantLock减少操作系统内核间的切换，提高了效率，不过Syncronized在jdk1.6之后进行了优化，效率也不低。
 *  ReentrantLock是可以等待中断的，Syncronized不可以中断。
 *  ReentrantLock提供公平锁和非公平锁，Syncronized只是非公平锁。
 *  ReentrantLock的API更丰富，可扩展性更好。

27、 有三个线程T1，T2，T3，怎么确保它们按顺序执行？

在多线程中有多种方法让线程按特定顺序执行，你可以**用线程类的 join() 方法在一个线程中启动另一个线程，另外一个线程完成该线程继续执行**。为了确保三个线程的顺序你应该先启动最后一个(T3调用T2，T2调用T1)，这样T1就会先完成而T3最后完成。

28、Thread类中的yield方法有什么作用？

**yield() 表示线程让步**，可以暂停当前正在执行的线程对象，让其它有相同优先级的线程执行。它是一个静态方法而且**只保证当前线程放弃CPU占用而不能保证使其它线程一定能占用CPU**，执行yield()的线程有可能在进入到暂停状态后马上又被执行。

29、Java中ConcurrentHashMap的并发度是什么？

**JDK1.7中，**采用了**数组+Segment分段锁**的方式实现。ConcurrentHashMap把实际map划分成若干部分来实现它的可扩展性和线程安全。这种划分是使用并发度获得的，它是 ConcurrentHashMap类构造函数的一个可选参数，**默认值为16**，这样在多线程情况下就能避免争用。

30、Java中Semaphore是什么？

Semaphore，信号量。从概念上讲，信号量维护了一个**许可集合**。如有必要，在许可可用前 会阻塞每一个 acquire()，然后再获取该许可。每个 release()添加一个许可，从而可能释放一个正在阻塞的获取者。但是，不使用实际的许可对象，Semaphore只对可用许可的号码进行计数，并采 取相应的行动。**信号量常常用于多线程的代码中，比如数据库连接池**。

31、 Java线程池中submit() 和 execute()方法有什么区别？

两个方法**都可以向线程池提交任务，**

*  **execute()方法的返回类型是void，它定义在Executor接口中。**
 *  **submit()方法可以返回持有计算结果的Future对象，它定义在ExecutorService接口中**，它扩展了Executor接口，其它线 程池类像ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor都有这些方法。

32、什么是阻塞式方法？

**阻塞式方法是指程序会一直等待该方法完成期间不做其他事情**，ServerSocket的accept()方法就是一直等待客户端连接。这里的阻塞是 指调用结果返回之前，当前线程会被挂起，直到得到结果之后才会返回。此外，还有异步和非阻塞式方法在任务完成前就返回。

32、Swing是线程安全的吗？ 为什么？

**Swing不是线程安全的**，但是你应该解释这么回答的原因即便面试官没有问你为什么。当我们说swing不是线程安全的常 常提到它的组件，这些组件不能在多线程中进行修改，所有对GUI组件的更新都要在AWT线程中完成，而Swing提供了同步和异步两种回调方法来进行更 新。

33、 如何在Java中创建Immutable对象（不可变对象）？

I**mmutable对象（不可变对象）**可以在没有同步的情况下共享，降低了对该对象进行并发访问时的同步化开销。可是Java 没有@Immutable这个注解符，要创建不可变类，要实现下面几个步骤：**通过构造方法初始化所有成员、对变量不要提供setter方法、将所有的成员 声明为私有的，这样就不允许直接访问这些成员、在getter方法中，不要直接返回对象本身，而是克隆对象，并返回对象的拷贝**。

34、Java中的ReadWriteLock是什么？

并发编程中，**Synchronized关键字存在明显的一个性能问题就是读与读之间互斥，降低了读写的效率。**并发包中的**ReadWriteLock读写锁帮我们实现了最好的效果，可以做到读和读互不影响，读和写互斥，写和写互斥，提高读写的效率**。

ReadWriteLock是一个接口，主要有两个方法：readLock()和writeLock()。ReadWriteLock管理一组锁，一个是只读的锁，一个是写锁。ReadWriteLock的读锁是共享模式，写锁是独占模式。

35、多线程中的忙循环是什么?

**忙循环就是程序员用循环让一个线程等待**，不像传统方法wait(), sleep() 或 yield() 它们都放弃了CPU控制，而**忙循环不会放弃CPU，它就是在运行一个空循环。这么做的目的是为了保留CPU缓存，在多核系统中，一个等待线程醒来的时候可 能会在另一个内核运行，这样会重建缓存。为了避免重建缓存和减少等待重建的时间就可以使用它了**。

36、volatile 变量和 atomic 变量有什么不同？

**volatile 保证的是可见性和有序性，atomic 保证的是原子性。**Volatile变量可以确保先行关系，即写操作会发生在后续的读操作之前, 但它并不能保证原子性。例如用volatile修饰count变量那么 count++ 操作就不是原子性的。而AtomicInteger类提供的atomic方法可以让这种操作具有原子性如getAndIncrement()方法会原子性 的进行增量操作把当前值加一，其它数据类型和引用变量也可以进行相似操作。

37、如果同步块内的线程抛出异常会发生什么？

这个问题坑了很多Java程序员，若你能想到锁是否释放这条线索来回答还有点希望答对。无论你的**同步块是正常还是异常退出的，里面的线程都会释放锁（Syncronized不需要手动释放锁）。**

38、Java中的fork join框架是什么？

**Fork/Join是Java7提供的并行执行任务的框架，是一个把大任务分割成若干小任务，最终汇总小任务的结果得到大任务结果的框架（小任务可以继续拆分为更小的任务）**。

fork join框架的核心是：**工作窃取算法**，可以完成更多任务的工作线程可以从其它线程中窃取任务来执行。

39、Java多线程中调用wait() 和 sleep()方法有什么不同？

**wait() 释放锁，sleep()不释放锁。**Java程序中wait 和 sleep都会造成某种形式的暂停，它们可以满足不同的需要。wait()方法用于线程间通信，如果等待条件为真且其它线程被唤醒时它会释放锁，而 sleep()方法仅仅释放CPU资源或者让当前线程停止执行一段时间，但不会释放锁。

40、单例模式的双检锁是什么？

双检锁，又叫双重校验锁，综合了懒汉式和饿汉式两者的优缺点整合而成。看代码实现中，特点是在synchronized关键字内外都加了一层 if 条件判断，这样既保证了线程安全，又比直接上锁提高了执行效率，还节省了内存空间。

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41、 如何在Java中创建线程安全的Singleton？

*  懒汉式（需要使用synchronized关键字）
 *  饿汉式
 *  双检锁
 *  静态内部类
 *  枚举方式

42、用户线程和守护线程？

线程分为两种，用户线程和守护线程。其实守护线程和用户线程区别不大，可以理解为特殊的用户线程。特殊就特殊在如果程序中所有的用户线程都退出了，那么所有的守护线程就都会被杀死，很好理解，没有被守护的对象了，也不需要守护线程了。启动守护线程也有两种方法，先来看看怎么启动守护线程 。

最常用的一种是通过将用户线程转换为守护线程来启动线程从而启动守护线程。这样可以设置该线程为守护线程，值得注意的是必须在线程启动start()方法之前设置。

thread.setDaemon(true);

还有一个启动守护线程的方法就是利用Timer和TimerTask。Timer是JDK提供的定时器工具，使用时会在主线程之外单独起一个线程执行指定的任务。Timer timer = new Timer()启动的是用户线程，而Timer timer = new Timer(true)启动的就是守护线程。TimerTask是一个实现了Runnable接口的抽象类，配合Timer使用可以看做被Timer执行的任务，即启动的线程。

43、写出3条你遵循的多线程最佳实践

以下三条最佳实践我觉得大多数Java程序员都应该遵循：

*  **给线程起个有意义的名字**  
    这样可以方便找bug或追踪。OrderProcessor, QuoteProcessor or TradeProcessor 这种名字比 Thread-1. Thread-2 and Thread-3 好多了，给线程起一个和它要完成的任务相关的名字，所有的主要框架甚至JDK都遵循这个最佳实践。
 *  **避免锁定和缩小同步的范围**  
    锁花费的代价高昂且上下文切换更耗费时间空间，试试最低限度的使用同步和锁，缩小临界区。因此相对于同步方法我更喜欢同步块，它给我拥有对锁的绝对控制权。
 *  **多用同步类少用wait 和 notify**  
    首先，CountDownLatch, Semaphore, CyclicBarrier 和 Exchanger 这些同步类简化了编码操作，而用wait和notify很难实现对复杂控制流的控制。其次，这些类是由最好的企业编写和维护在后续的JDK中它们还会不断 优化和完善，使用这些更高等级的同步工具你的程序可以不费吹灰之力获得优化。
 *  **多用并发集合少用同步集合**  
    这是另外一个容易遵循且受益巨大的最佳实践，并发集合比同步集合的可扩展性更好，所以在并发编程时使用并发集合效果更好。如果下一次你需要用到map，你应该首先想到用ConcurrentHashMap。

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