高频多线程&并发面试题(附答案,纯干货)(一)

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JAVA 并发知识库

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1、Java中实现多线程有几种方法

继承Thread类; 实现Runnable接口; 实现Callable接口通过FutureTask包装器来创建Thread线程; 使用ExecutorService、Callable、Future实现有返回结果的多线程(也就是使用了ExecutorService来管理前面的三种方式)。

2、继承 Thread 类

Thread 类本质上是实现了 Runnable 接口的一个实例,代表一个线程的实例。 启动线程的唯一方法就是通过 Thread 类的 start()实例方法。 start()方法是一个 native 方法,它将启动一个新线程,并执行 run()方法。

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3、实现 Runnable 接口。

如果自己的类已经 extends 另一个类,就无法直接 extends Thread,此时,可以实现一个Runnable 接口。

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4、ExecutorService、 Callable、 Future 有返回值线程

有返回值的任务必须实现 Callable 接口,类似的,无返回值的任务必须 Runnable 接口。执行Callable 任务后,可以获取一个 Future 的对象,在该对象上调用 get 就可以获取到 Callable 任务返回的 Object 了,再结合线程池接口 ExecutorService 就可以实现传说中有返回结果的多线程了。

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5、基于线程池的方式

线程和数据库连接这些资源都是非常宝贵的资源。那么每次需要的时候创建,不需要的时候销毁,是非常浪费资源的。那么我们就可以使用缓存的策略,也就是使用线程池。

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6、4 种线程池

Java 里面线程池的顶级接口是 Executor,但是严格意义上讲 Executor 并不是一个线程池,而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是 ExecutorService。

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newCachedThreadPool 创建一个可根据需要创建新线程的线程池,但是在以前构造的线程可用时将重用它们。对于执行很多短期异步任务的程序而言,这些线程池通常可提高程序性能。 调用 execute 将重用以前构造的线程(如果线程可用)。如果现有线程没有可用的,则创建一个新线程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。 因此,长时间保持空闲的线程池不会使用任何资源。 newFixedThreadPool 创建一个可重用固定线程数的线程池,以共享的无界队列方式来运行这些线程。在任意点,在大多数 nThreads 线程会处于处理任务的活动状态。如果在所有线程处于活动状态时提交附加任务,则在有可用线程之前,附加任务将在队列中等待。如果在关闭前的执行期间由于失败而导致任何线程终止,那么一个新线程将代替它执行后续的任务(如果需要)。在某个线程被显式地关闭之前,池中的线程将一直存在。 newScheduledThreadPool 创建一个线程池,它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。

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newSingleThreadExecutor Executors.newSingleThreadExecutor()返回一个线程池(这个线程池只有一个线程) ,这个线程池可以在线程死后(或发生异常时)重新启动一个线程来替代原来的线程继续执行下去!

7、如何停止一个正在运行的线程

1.使用退出标志,使线程正常退出,也就是当run方法完成后线程终止。

2.使用stop方法强行终止,但是不推荐这个方法,因为stop和suspend及resume一样都是过期作废的方法。

3.使用interrupt方法中断线程。

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8、notify()和notifyAll()有什么区别?

notify可能会导致死锁,而notifyAll则不会 任何时候只有一个线程可以获得锁,也就是说只有一个线程可以运行synchronized 中的代码使用notifyall,可以唤醒所有处于wait状态的线程,使其重新进入锁的争夺队列中,而notify只能唤醒一个。 wait() 应配合while循环使用,不应使用if,务必在wait()调用前后都检查条件,如果不满足,必须调用notify()唤醒另外的线程来处理,自己继续wait()直至条件满足再往下执行。 notify() 是对notifyAll()的一个优化,但它有很精确的应用场景,并且要求正确使用。不然可能导致死锁。正确的场景应该是 WaitSet中等待的是相同的条件,唤醒任一个都能正确处理接下来的事项,如果唤醒的线程无法正确处理,务必确保继续notify()下一个线程,并且自身需要重新回到WaitSet中.

9、sleep()和wait() 有什么区别?

  1. 对于 sleep()方法,我们首先要知道该方法是属于 Thread 类中的。而 wait()方法,则是属于Object 类中的。
  2. sleep()方法导致了程序暂停执行指定的时间,让出 cpu 该其他线程,但是他的监控状态依然保持者,当指定的时间到了又会自动恢复运行状态
  3. 在调用 sleep()方法的过程中, 线程不会释放对象锁。
  4. 而当调用 wait()方法的时候,线程会放弃对象锁,进入等待此对象的等待锁定池,只有针对此对象调用 notify()方法后本线程才进入对象锁定池准备获取对象锁进入运行状态。

10、volatile 是什么?可以保证有序性吗?

一旦一个共享变量(类的成员变量、类的静态成员变量)被volatile修饰之后,那么就具备了两层语义:

1)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关键字会强制将修改的值立即写入主存。

2)禁止进行指令重排序。 volatile 不是原子性操作 什么叫保证部分有序性? 当程序执行到volatile变量的读操作或者写操作时,在其前面的操作的更改肯定全部已经进行,且结果 已经对后面的操作可见;在其后面的操作肯定还没有进行;

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由于flag变量为volatile变量,那么在进行指令重排序的过程的时候,不会将语句3放到语句1、语句2前面,也不会讲语句3放到语句4、语句5后面。但是要注意语句1和语句2的顺序、语句4和语句5的顺序是不作任何保证的。使用 Volatile 一般用于 状态标记量 和 单例模式的双检锁

11、Thread 类中的start() 和 run() 方法有什么区别?

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 。

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

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,由于wait,notify和notifyAll都是锁级别的操作,所以把他们定义在Object类中因为锁属于对象 。

13、为什么wait和notify方法要在同步块中调用?

  1. 只有在调用线程拥有某个对象的独占锁时,才能够调用该对象的wait(),notify()和notifyAll()方法。
  2. 如果你不这么做,你的代码会抛出IllegalMonitorStateException异常。
  3. 还有一个原因是为了避免wait和notify之间产生竞态条件。 wait()方法强制当前线程释放对象锁。这意味着在调用某对象的wait()方法之前,当前线程必须已经获得该对象的锁。因此,线程必须在某个对象的同步方法或同步代码块中才能调用该对象的wait()方法。 在调用对象的notify()和notifyAll()方法之前,调用线程必须已经得到该对象的锁。因此,必须在某个对象的同步方法或同步代码块中才能调用该对象的notify()或notifyAll()法。 调用wait()方法的原因通常是,调用线程希望某个特殊的状态(或变量)被设置之后再继续执行。调用notify()或notifyAll()方法的原因通常是,调用线程希望告诉其他等待中的线程:"特殊状态已经被设置"。 这个状态作为线程间通信的通道,它必须是一个可变的共享状态(或变量)。

14、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 。

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

相似点: 这两种同步方式有很多相似之处,它们都是加锁方式同步,而且都是阻塞式的同步,也就是说当如果一个线程获得了对象锁,进入了同步块,其他访问该同步块的线程都必须阻塞在同步块外面等待,而进行线程阻塞和唤醒的代价是比较高的.

区别: 这两种方式最大区别就是对于Synchronized来说,它是java语言的关键字,是原生语法层面的互斥,需要jvm实现。而ReentrantLock它是JDK 1.5之后提供的API层面的互斥锁,需要lock()和unlock()方法配合try/finally语句块来完成。 Synchronized进过编译,会在同步块的前后分别形成monitorenter和monitorexit这个两个字节码指令。在执行monitorenter指令时,首先要尝试获取对象锁。如果这个对象没被锁定,或者当前线程已经拥有了那个对象锁,把锁的计算器加1,相应的,在执行monitorexit指令时会将锁计算器就减1,当计算器为0时,锁就被释放了。如果获取对象锁失败,那当前线程就要阻塞,直到对象锁被另一个线程释放为止 。 由于ReentrantLock是java.util.concurrent包下提供的一套互斥锁,相比Synchronized,ReentrantLock类提供了一些高级功能,主要有以下3项:

1.等待可中断,持有锁的线程长期不释放的时候,正在等待的线程可以选择放弃等待,这相当于Synchronized来说可以避免出现死锁的情况。

2.公平锁,多个线程等待同一个锁时,必须按照申请锁的时间顺序获得锁,Synchronized锁非公平锁,ReentrantLock默认的构造函数是创建的非公平锁,可以通过参数true设为公平锁,但公平锁表现的性能不是很好。

3.锁绑定多个条件,一个ReentrantLock对象可以同时绑定对个对象 。

16、有三个线程T1,T2,T3,如何保证顺序执行?

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。 实际上先启动三个线程中哪一个都行,因为在每个线程的run方法中用join方法限定了三个线程的执行顺序 。

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17、SynchronizedMap和ConcurrentHashMap有什么区别?

SynchronizedMap()和Hashtable一样,实现上在调用map所有方法时,都对整个map进行同步。而ConcurrentHashMap的实现却更加精细,它对map中的所有桶加了锁。所以,只要有一个线程访问map,其他线程就无法进入map,而如果一个线程在访问ConcurrentHashMap某个桶时,其他线程,仍然可以对map执行某些操作。所以,ConcurrentHashMap在性能以及安全性方面,明显比Collections.synchronizedMap()更加有优势。同时,同步操作精确控制到桶,这样,即使在遍历map时,如果其他线程试图对map进行数据修改,也不会抛出ConcurrentModificationException 。

18、什么是线程安全

线程安全就是说多线程访问同一代码,不会产生不确定的结果。 在多线程环境中,当各线程不共享数据的时候,即都是私有(private)成员,那么一定是线程安全的。 但这种情况并不多见,在多数情况下需要共享数据,这时就需要进行适当的同步控制了。 线程安全一般都涉及到synchronized, 就是一段代码同时只能有一个线程来操作 不然中间过程可能会产生不可预制的结果。 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。

19、Thread类中的yield方法有什么作用?

Yield方法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。

20、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, 而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 。

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