java面试题高级开发工程师 高并发（java中高级开发面试题）



今天分享的是Java并发编程必备的72连环炮，希望通过这种连环炮的方式，让大家更好吸收知识点，同时也是面试中出现频率非常高。

废话不多说，直奔主题。

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，那么用十个线程完成该任务只需。

一个进程是一个独立()的运行环境，它可以被看作一个程序或者一个应用。而线程是在进程中执行的一个任务。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。

有两种创建线程的方法：一是实现接口，然后将它传递给Thread的构造函数，创建一个对象；二是直接继承类。

这个问题是上题的后续，大家都知道我们可以通过继承Thread类或者调用接口来实现线程，问题是，哪个方法更好呢？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，当然是调用接口好了。更多详细信息请点击这里。

start()方法被用来启动新创建的线程，使该被创建的线程状态变为可运行状态。当你调用方法的时候，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。如果我们调用了的run()方法，它的行为就会和普通的方法一样，直接运行方法。为了在新的线程中执行我们的代码，必须使用Thread.start()方法。

和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。

和  都可以用来让一组线程等待其它线程。与 不同的是，不能重新使用。

Java内存模型规定和指引Java程序在不同的内存架构、CPU和操作系统间有确定性的行为。它在多线程的情况下尤其重要。Java内存模型对一个线程所做的变动能被其它线程可见提供了保证，它们之间是先行发生关系。这个关系定义了一些规则让程序员在并发编程时思路更清晰。比如，先行发生关系确保了：

强烈建议大家阅读《Java并发编程实践》第十六章来加深对Java内存模型的理解。

volatile是一个特殊的修饰符，只有成员变量才能使用它。在Java并发程序缺少同步类的情况下，多线程对成员变量的操作对其它线程是透明的。volatile变量可以保证下一个读取操作会在前一个写操作之后发生。线程都会直接从内存中读取该变量并且不缓存它。这就确保了线程读取到的变量是同内存中是一致的。

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, 而和它相似的不是线程安全的。

在大多数实际的多线程应用中，两个或两个以上的线程需要共享对同一数据的存取。如果i线程存取相同的对象，并且每一个线程都调用了一个修改该对象状态的方法，将会发生什么呢？可以想象，线程彼此踩了对方的脚。根据线程访问数据的次序，可能会产生讹误的对象。这样的情况通常称为竞争条件。

提供了很丰富的API但没有为停止线程提供API。JDK 1.0本来有一些像, 和 的控制方法，但是由于潜在的死锁威胁。因此在后续的JDK版本中他们被弃用了，之后的设计者就没有提供一个兼容且线程安全的方法来停止一个线程。当或者 方法执行完的时候线程会自动结束，如果要手动结束一个线程，可以用 布尔变量来退出方法的循环或者是取消任务来中断线程。

如果异常没有被捕获该线程将会停止执行。是用于处理未捕获异常造成线程突然中断情况的一个内嵌接口。当一个未捕获异常将造成线程中断的时候JVM会使用来查询线程的并将线程和异常作为参数传递给的方法进行处理。

你可以通过共享对象来实现这个目的，或者是使用像阻塞队列这样并发的数据结构。这篇教程《Java线程间通信》(涉及到在两个线程间共享对象)用wait和notify方法实现了生产者消费者模型。

这又是一个刁钻的问题，因为多线程可以等待单监控锁， 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。

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方法就有意义了。如果方法定义在类中，线程正在等待的是哪个锁就不明显了。简单地说，由于wait，和都是锁级别的操作，所以把他们定义在类中因为锁属于对象。

是Java里一种特殊的变量。每个线程都有一个就是每个线程都拥有了自己独立的一个变量，竞争条件被彻底消除了。如果为每个线程提供一个自己独有的变量拷贝，将大大提高效率。首先，通过复用减少了代价高昂的对象的创建个数。其次，你在没有使用高代价的同步或者不变性的情况下获得了线程安全。

在Java并发程序中FutureTask表示一个可以取消的异步运算。它有启动和取消运算、查询运算是否完成和取回运算结果等方法。只有当运算完成的时候结果才能取回，如果运算尚未完成get方法将会阻塞。一个FutureTask对象可以对调用了Callable和Runnable的对象进行包装，由于FutureTask也是调用了Runnable接口所以它可以提交给Executor来执行。

和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来检查中断状态时，中断状态会被清零。而非静态方法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。

当一个线程需要调用对象的wait()方法的时候，这个线程必须拥有该对象的锁，接着它就会释放这个对象锁并进入等待状态直到其他线程调用这个对象上的notify()方法。同样的，当一个线程需要调用对象的notify()方法时，它会释放这个对象的锁，以便其他在等待的线程就可以得到这个对象锁。由于所有的这些方法都需要线程持有对象的锁，这样就只能通过同步来实现，所以他们只能在同步方法或者同步块中被调用。如果你不这么做，代码会抛出异常。

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，你可以在Eclipse中创建模板调用wait和notify试一试。如果你想了解更多关于这个问题的内容，推荐你阅读《Effective Java》这本书中的线程和同步章节。

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，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。更多内容详见答案。

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。

更多内容详见答案。

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。从开始，提供了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）。

25、 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 来实现生产者消费者模型。

Java多线程中的死锁

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：

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。

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。

在中有一个方法叫，它返回true如果当且仅当当前线程拥有某个具体对象的锁。

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你可以使用组合键来获取线程堆栈，下用命令。你也可以用这个工具来获取，它对线程id进行操作，你可以用这个工具找到id。

这个问题很简单，参数用来控制线程的堆栈大小。你可以查看JVM配置列表来了解这个参数的更多信息。

Java在过去很长一段时间只能通过关键字来实现互斥，它有一些缺点。比如你不能扩展锁之外的方法或者块边界，尝试获取锁时不能中途取消等。Java 5 通过Lock接口提供了更复杂的控制来解决这些问题。 类实现了 Lock，它拥有与 synchronized 相同的并发性和内存语义且它还具有可扩展性。

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。

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，执行的线程有可能在进入到暂停状态后马上又被执行。点击这里查看更多yield方法的相关内容。

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。

Java中的Semaphore是一种新的同步类，它是一个计数信号。从概念上讲，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，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。更多详细信息请点击这里。

这个问题问得很狡猾，许多程序员会认为该任务会阻塞直到线程池队列有空位。事实上如果一个任务不能被调度执行那么方法将会抛出一个异常。

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，它定义在接口中, 而方法可以返回持有计算结果的Future对象，它定义在接口中，它扩展了接口，其它线程池类像和都有这些方法。更多详细信息请点击这里。

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，的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。更多详细信息请点击这里。

每一个线程都是有优先级的，一般来说，高优先级的线程在运行时会具有优先权，但这依赖于线程调度的实现，这个实现是和操作系统相关的(OS dependent)。我们可以定义线程的优先级，但是这并不能保证高优先级的线程会在低优先级的线程前执行。线程优先级是一个int变量(从1-10)，1代表最低优先级，10代表最高优先级。

线程调度器是一个操作系统服务，它负责为状态的线程分配CPU时间。一旦我们创建一个线程并启动它，它的执行便依赖于线程调度器的实现。时间分片是指将可用的CPU时间分配给可用的线程的过程。分配CPU时间可以基于线程优先级或者线程等待的时间。线程调度并不受到Java虚拟机控制，所以由应用程序来控制它是更好的选择（也就是说不要让你的程序依赖于线程的）。

是存储和恢复CPU状态的过程，它使得线程执行能够从中断点恢复执行。上下文切换是多任务操作系统和多线程环境的基本特征。

Immutable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。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。

一般而言，读写锁是用来提升并发程序性能的锁分离技术的成果。Java中的是Java 5 中新增的一个接口，一个维护一对关联的锁，一个用于只读操作一个用于写。在没有写线程的情况下一个读锁可能会同时被多个读线程持有。写锁是独占的，你可以使用中的来实现这个规则，它最多支持65535个写锁和65535个读锁。

忙循环就是程序员用循环让一个线程等待，不像传统方法, 或它们都放弃了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。

这是个有趣的问题。首先，volatile 变量和 atomic 变量看起来很像，但功能却不一样。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修饰变量那么 count++ 操作就不是原子性的。而类提供的atomic方法可以让这种操作具有原子性如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。

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