java多線程&併發面試108問(下)

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80、PriorityBlockingQueue（compareTo 排序實現優先）

是一個支持優先級的無界隊列。默認情況下元素採取自然順序升序排列。可以自定義實現compareTo()方法來指定元素進行排序規則，或者初始化 PriorityBlockingQueue 時，指定構造參數 Comparator 來對元素進行排序。需要注意的是不能保證同優先級元素的順序。.

81、DelayQueue（緩存失效、定時任務）

是一個支持延時獲取元素的無界阻塞隊列。隊列使用 PriorityQueue 來實現。隊列中的元素必須實現 Delayed 接口，在創建元素時可以指定多久才能從隊列中獲取當前元素。只有在延遲期滿時才能從隊列中提取元素。我們可以將 DelayQueue 運用在以下應用場景：

緩存系統的設計：可以用 DelayQueue 保存緩存元素的有效期，使用一個線程循環查詢
DelayQueue，一旦能從 DelayQueue 中獲取元素時，表示緩存有效期到了。
定時任務調度：使用 DelayQueue 保存當天將會執行的任務和執行時間，一旦從
DelayQueue 中獲取到任務就開始執行，從比如 TimerQueue 就是使用 DelayQueue 實現的

82、SynchronousQueue（不存儲數據、可用於傳遞數據）

是一個不存儲元素的阻塞隊列。每一個 put 操作必須等待一個 take 操作，否則不能繼續添加元素。SynchronousQueue 可以看成是一個傳球手，負責把生產者線程處理的數據直接傳遞給消費者線程。隊列本身並不存儲任何元素，非常適合於傳遞性場景,比如在一個線程中使用的數據，傳遞給另外一個線程使用， SynchronousQueue 的吞吐量高於 LinkedBlockingQueue 和ArrayBlockingQueue。

83、LinkedTransferQueue

是一個由鏈表結構組成的無界阻塞 TransferQueue 隊列。相對於其他阻塞隊列，
LinkedTransferQueue 多了 tryTransfer 和 transfer 方法。

transfer 方法：如果當前有消費者正在等待接收元素（消費者使用 take()方法或帶時間限制的poll()方法時）， transfer 方法可以把生產者傳入的元素立刻 transfer（傳輸）給消費者。如果沒有消費者在等待接收元素， transfer 方法會將元素存放在隊列的 tail 節點，並等到該元素被消費者消費了才返回。
tryTransfer 方法。則是用來試探下生產者傳入的元素是否能直接傳給消費者。如果沒有消費者等待接收元素，則返回 false。和 transfer 方法的區別是 tryTransfer 方法無論消費者是否接收，方法立即返回。而 transfer 方法是必須等到消費者消費了才返回。
對於帶有時間限制的 tryTransfer(E e, long timeout, TimeUnit unit)方法，則是試圖把生產者傳入的元素直接傳給消費者，但是如果沒有消費者消費該元素則等待指定的時間再返回，如果超時還沒消費元素，則返回 false，如果在超時時間內消費了元素，則返回 true。

84、LinkedBlockingDeque

是一個由鏈表結構組成的雙向阻塞隊列。所謂雙向隊列指的你可以從隊列的兩端插入和移出元素。雙端隊列因爲多了一個操作隊列的入口，在多線程同時入隊時，也就減少了一半的競爭。相比其他的阻塞隊列， LinkedBlockingDeque 多了 addFirst， addLast， oﬀerFirst， oﬀerLast， peekFirst， peekLast 等方法，以 First 單詞結尾的方法，表示插入，獲取（peek）或移除雙端隊列的第一個元素。以 Last 單詞結尾的方法，表示插入，獲取或移除雙端隊列的最後一個元素。另外插入方法 add 等同於 addLast，移除方法 remove 等效於 removeFirst。但是 take 方法卻等同於 takeFirst，不知道是不是 Jdk 的 bug，使用時還是用帶有 First 和 Last 後綴的方法更清楚。
在初始化 LinkedBlockingDeque 時可以設置容量防止其過渡膨脹。另外雙向阻塞隊列可以運用在
“工作竊取”模式中。

85、在 java 中守護線程和本地線程區別

java 中的線程分爲兩種：守護線程（Daemon）和用戶線程（User）。
任何線程都可以設置爲守護線程和用戶線程，通過方法 Thread.setDaemon(boolon)；true 則把該線程設置爲守護線程，反之則爲用戶線程。Thread.setDaemon() 必須在 Thread.start()之前調用，否則運行時會拋出異常。
兩者的區別：
唯一的區別是判斷虛擬機( JVM)何時離開，Daemon 是爲其他線程提供服務，如果全部的 User Thread 已經撤離，Daemon 沒有可服務的線程，JVM 撤離。也可以理解爲守護線程是 JVM 自動創建的線程（但不一定），用戶線程是程序創建的線程；比如 JVM 的垃圾回收線程是一個守護線程，當所有線程已經撤離，不再產生垃圾，守護線程自然就沒事可幹了，當垃圾回收線程是 Java 虛擬機上僅剩的線程時，Java 虛擬機會自動離開。
擴展：
Thread Dump 打印出來的線程信息，含有 daemon 字樣的線程即爲守護
進程，可能會有：服務守護進程、編譯守護進程、windows 下的監聽 Ctrl+break
的守護進程、Finalizer 守護進程、引用處理守護進程、GC 守護進程。

86、線程與進程的區別？

進程是操作系統分配資源的最小單元，線程是操作系統調度的最小單元。一個程序至少有一個進程,一個進程至少有一個線程。

87、什麼是多線程中的上下文切換？

多線程會共同使用一組計算機上的 CPU，而線程數大於給程序分配的 CPU 數量時，爲了讓各個線程都有執行的機會，就需要輪轉使用 CPU。不同的線程切換使用 CPU 發生的切換數據等就是上下文切換。

88、死鎖與活鎖的區別，死鎖與飢餓的區別？

死鎖：是指兩個或兩個以上的進程（或線程）在執行過程中，因爭奪資源而造成的一種互相等待的現象，若無外力作用，它們都將無法推進下去。
產生死鎖的必要條件：

互斥條件：所謂互斥就是進程在某一時間內獨佔資源。
請求與保持條件：一個進程因請求資源而阻塞時，對已獲得的資源保持不放。
不剝奪條件:進程已獲得資源，在末使用完之前，不能強行剝奪。
循環等待條件:若干進程之間形成一種頭尾相接的循環等待資源關係。
**活鎖：**任務或者執行者沒有被阻塞，由於某些條件沒有滿足，導致一直重複嘗試，失敗，嘗試，失敗。
活鎖和死鎖的區別在於，處於活鎖的實體是在不斷的改變狀態，所謂的“活”，而處於死鎖的實體表現爲等待；活鎖有可能自行解開，死鎖則不能。
**飢餓：**一個或者多個線程因爲種種原因無法獲得所需要的資源，導致一直無法執行的狀態。

Java 中導致飢餓的原因：

高優先級線程吞噬所有的低優先級線程的 CPU 時間。
線程被永久堵塞在一個等待進入同步塊的狀態，因爲其他線程總是能在它之前持續地對該同步塊進行訪問。
線程在等待一個本身也處於永久等待完成的對象(比如調用這個對象的 wait 方法)，因爲其他線程總是被持續地獲得喚醒。

89、Java 中用到的線程調度算法是什麼？

採用時間片輪轉的方式。可以設置線程的優先級，會映射到下層的系統上面的優先級上，如非特別需要，儘量不要用，防止線程飢餓。

90、什麼是線程組，爲什麼在 Java 中不推薦使用？

ThreadGroup 類，可以把線程歸屬到某一個線程組中，線程組中可以有線程對象，也可以有線程組，組中還可以有線程，這樣的組織結構有點類似於樹的形式。
爲什麼不推薦使用？因爲使用有很多的安全隱患吧，沒有具體追究，如果需要使用，推薦使用線程池。

91、爲什麼使用 Executor 框架？

每次執行任務創建線程 new Thread()比較消耗性能，創建一個線程是比較耗時、耗資源的。
調用 new Thread()創建的線程缺乏管理，被稱爲野線程，而且可以無限制的創建，線程之間的相互競爭會導致過多佔用系統資源而導致系統癱瘓，還有線程之間的頻繁交替也會消耗很多系統資源。
接使用 new Thread() 啓動的線程不利於擴展，比如定時執行、定期執行、定時定期執行、線程中斷等都不便實現。

92、在 Java 中 Executor 和 Executors 的區別？

Executors 工具類的不同方法按照我們的需求創建了不同的線程池，來滿足業務的需求。
Executor 接口對象能執行我們的線程任務。
ExecutorService 接口繼承了 Executor 接口並進行了擴展，提供了更多的方法我們能獲得任務執行的狀態並且可以獲取任務的返回值。使用 ThreadPoolExecutor 可以創建自定義線程池。
Future 表示異步計算的結果，他提供了檢查計算是否完成的方法，以等待計算的完成，並可以使用 get()方法獲取計算的結果。

93、如何在 Linux 上查找哪個線程使用的 CPU 時間最長？

參考：
https://blog.csdn.net/ZYC88888/article/details/79993243

94、什麼是原子操作？在 Java Concurrency API 中有哪些原子類(atomic classes)？

原子操作（atomic operation）意爲”不可被中斷的一個或一系列操作” 。處理器使用基於對緩存加鎖或總線加鎖的方式來實現多處理器之間的原子操作。在 Java 中可以通過鎖和循環 CAS 的方式來實現原子操作。 CAS 操作——
Compare & Set，或是 Compare & Swap，現在幾乎所有的 CPU 指令都支持 CAS的原子操作。

原子操作是指一個不受其他操作影響的操作任務單元。原子操作是在多線程環境下避免數據不一致必須的手段。
int++並不是一個原子操作，所以當一個線程讀取它的值並加 1 時，另外一個線程有可能會讀到之前的值，這就會引發錯誤。爲了解決這個問題，必須保證增加操作是原子的，在 JDK1.5 之前我們可以使用同步技術來做到這一點。到 JDK1.5，
java.util.concurrent.atomic 包提供了 int 和long 類型的原子包裝類，它們可以自動的保證對於他們的操作是原子的並且不需要使用同步。

java.util.concurrent 這個包裏面提供了一組原子類。其基本的特性就是在多線程環境下，當有多個線程同時執行這些類的實例包含的方法時，具有排他性，即當某個線程進入方法，執行其中的指令時，不會被其他線程打斷，而別的線程就像自旋鎖一樣，一直等到該方法執行完成，才由 JVM 從等待隊列中選擇一個另一個線程進入，這只是一種邏輯上的理解。

原子類：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong，AtomicReference 原子數組：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，AtomicReferenceArray
原子屬性更新器：AtomicLongFieldUpdater，AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicReferenceFieldUpdater
解決 ABA 問題的原子類：AtomicMarkableReference（通過引入一個 boolean來反映中間有沒有變過），AtomicStampedReference（通過引入一個 int 來累加來反映中間有沒有變過）

95、Java Concurrency API 中的 Lock 接口(Lock interface)是什麼？對比同步它有什麼優勢？

Lock 接口比同步方法和同步塊提供了更具擴展性的鎖操作。他們允許更靈活的結構，可以具有完全不同的性質，並且可以支持多個相關類的條件對象。
它的優勢有：
可以使鎖更公平
可以使線程在等待鎖的時候響應中斷
可以讓線程嘗試獲取鎖，並在無法獲取鎖的時候立即返回或者等待一段時間可以在不同的範圍，以不同的順序獲取和釋放鎖

整體上來說 Lock 是 synchronized 的擴展版，Lock 提供了無條件的、可輪詢的(tryLock 方法)、定時的(tryLock 帶參方法)、可中斷的
(lockInterruptibly)、可多條件隊列的(newCondition 方法)鎖操作。另外 Lock 的實現類基本都支持非公平鎖(默認)和公平鎖，synchronized 只支持非公平鎖，當然，在大部分情況下，非公平鎖是高效的選擇。

96、什麼是 Executors 框架？

Executor 框架是一個根據一組執行策略調用，調度，執行和控制的異步任務的框架。無限制的創建線程會引起應用程序內存溢出。所以創建一個線程池是個更好的的解決方案，因爲可以限制線程的數量並且可以回收再利用這些線程。利用Executors 框架可以非常方便的創建一個線程池。

97、什麼是阻塞隊列？阻塞隊列的實現原理是什麼？如何使用阻塞隊列來實現生產者-消費者模型？

阻塞隊列（BlockingQueue）是一個支持兩個附加操作的隊列。這兩個附加的操作是：在隊列爲空時，獲取元素的線程會等待隊列變爲非空。當隊列滿時，存儲元素的線程會等待隊列可用。阻塞隊列常用於生產者和消費者的場景，生產者是往隊列裏添加元素的線程，消費者是從隊列裏拿元素的線程。阻塞隊列就是生產者存放元素的容器，而消費者也只從容器裏拿元素。
JDK7 提供了 7 個阻塞隊列。分別是：
ArrayBlockingQueue ：一個由數組結構組成的有界阻塞隊列。
LinkedBlockingQueue ：一個由鏈表結構組成的有界阻塞隊列。
PriorityBlockingQueue ：一個支持優先級排序的無界阻塞隊列。
DelayQueue：一個使用優先級隊列實現的無界阻塞隊列。
SynchronousQueue：一個不存儲元素的阻塞隊列。
LinkedTransferQueue：一個由鏈表結構組成的無界阻塞隊列。LinkedBlockingDeque：一個由鏈表結構組成的雙向阻塞隊列。
Java 5 之前實現同步存取時，可以使用普通的一個集合，然後在使用線程的協作和線程同步可以實現生產者，消費者模式，主要的技術就是用好，wait ,notify,notifyAll,sychronized 這些關鍵字。而在 java 5 之後，可以使用阻塞隊列來實現，此方式大大簡少了代碼量，使得多線程編程更加容易，安全方面也有保障。
BlockingQueue 接口是 Queue 的子接口，它的主要用途並不是作爲容器，而是作爲線程同步的的工具，因此他具有一個很明顯的特性，當生產者線程試圖向BlockingQueue 放入元素時，如果隊列已滿，則線程被阻塞，當消費者線程試圖從中取出一個元素時，如果隊列爲空，則該線程會被阻塞，正是因爲它所具有這個特性，所以在程序中多個線程交替向 BlockingQueue 中放入元素，取出元素，它可以很好的控制線程之間的通信。
阻塞隊列使用最經典的場景就是 socket 客戶端數據的讀取和解析，讀取數據的線程不斷將數據放入隊列，然後解析線程不斷從隊列取數據解析。

98、什麼是 Callable 和 Future?

Callable 接口類似於 Runnable，從名字就可以看出來了，但是 Runnable 不會返回結果，並且無法拋出返回結果的異常，而 Callable 功能更強大一些，被線程執行後，可以返回值，這個返回值可以被 Future 拿到，也就是說，Future 可以拿到異步執行任務的返回值。可以認爲是帶有回調的 Runnable。
Future 接口表示異步任務，是還沒有完成的任務給出的未來結果。所以說 Callable
用於產生結果，Future 用於獲取結果。

99、什麼是 FutureTask?使用 ExecutorService 啓動任務。

在 Java 併發程序中 FutureTask 表示一個可以取消的異步運算。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，如果運算尚未完成 get 方法將會阻塞。一個 FutureTask 對象可以對調用了 Callable 和 Runnable 的對象進行包裝，由於 FutureTask 也是調用了 Runnable接口所以它可以提交給 Executor 來執行。

100、什麼是併發容器的實現？

何爲同步容器：可以簡單地理解爲通過 synchronized 來實現同步的容器，如果有多個線程調用同步容器的方法，它們將會串行執行。比如Vector，Hashtable，以及 Collections.synchronizedSet，synchronizedList 等方法返回的容器。可以通過查看 Vector，Hashtable 等這些同步容器的實現代碼，可以看到這些容器實現線程安全的方式就是將它們的狀態封裝起來，並在需要同步的方法上加上關鍵字
synchronized。
併發容器使用了與同步容器完全不同的加鎖策略來提供更高的併發性和伸縮性，例如在 ConcurrentHashMap 中採用了一種粒度更細的加鎖機制，可以稱爲分段鎖，在這種鎖機制下，允許任意數量的讀線程併發地訪問 map，並且執行讀操作的線程和寫操作的線程也可以併發的訪問 map，同時允許一定數量的寫操作線程併發地修改 map，所以它可以在併發環境下實現更高的吞吐量。

101、多線程同步和互斥有幾種實現方法，都是什麼？

線程同步是指線程之間所具有的一種制約關係，一個線程的執行依賴另一個線程的消息，當它沒有得到另一個線程的消息時應等待，直到消息到達時才被喚醒。線程互斥是指對於共享的進程系統資源，在各單個線程訪問時的排它性。當有若干個線程都要使用某一共享資源時，任何時刻最多隻允許一個線程去使用，其它要使用該資源的線程必須等待，直到佔用資源者釋放該資源。線程互斥可以看成是一種特殊的線程同步。

線程間的同步方法大體可分爲兩類：用戶模式和內核模式。顧名思義，內核模式就是指利用系統內核對象的單一性來進行同步，使用時需要切換內核態與用戶態，而用戶模式就是不需要切換到內核態，只在用戶態完成操作。用戶模式下的方法有：原子操作（例如一個單一的全局變量），臨界區。內核模式下的方法有：事件，信號量，互斥量。

102、什麼是競爭條件？你怎樣發現和解決競爭？

當多個進程都企圖對共享數據進行某種處理，而最後的結果又取決於進程運行的順序時，則我們認爲這發生了競爭條件（race condition）。

103、爲什麼我們調用 start()方法時會執行 run()方法，爲什麼我們不能直接調用 run()方法？

當你調用 start()方法時你將創建新的線程，並且執行在 run()方法裏的代碼。但是如果你直接調用 run()方法，它不會創建新的線程也不會執行調用線程的代碼，只會把 run 方法當作普通方法去執行。

104、Java 中你怎樣喚醒一個阻塞的線程？

在 Java 發展史上曾經使用 suspend()、resume()方法對於線程進行阻塞喚醒，但隨之出現很多問題，比較典型的還是死鎖問題。解決方案可以使用以對象爲目標的阻塞，即利用 Object 類的 wait()和 notify()方法實現線程阻塞。
首先，wait、notify 方法是針對對象的，調用任意對象的 wait()方法都將導致線程阻塞，阻塞的同時也將釋放該對象的鎖，相應地，調用任意對象的 notify()方法則將隨機解除該對象阻塞的線程，但它需要重新獲取改對象的鎖，直到獲取成功才能往下執行；其次，wait、notify 方法必須在 synchronized 塊或方法中被調用，並且要保證同步塊或方法的鎖對象與調用 wait、notify 方法的對象是同一個，如此一來在調用 wait 之前當前線程就已經成功獲取某對象的鎖，執行 wait 阻塞後當前線程就將之前獲取的對象鎖釋放。

105、在 Java 中 CycliBarriar 和 CountdownLatch 有什麼區別？

CyclicBarrier 可以重複使用，而 CountdownLatch 不能重複使用。 Java 的 concurrent 包裏面的 CountDownLatch 其實可以把它看作一個計數器，只不過這個計數器的操作是原子操作，同時只能有一個線程去操作這個計數器，也就是同時只能有一個線程去減這個計數器裏面的值。你可以向 CountDownLatch 對象設置一個初始的數字作爲計數值，任何調用這個對象上的 await()方法都會阻塞，直到這個計數器的計數值被其他的線程減爲 0 爲止。

所以在當前計數到達零之前，await 方法會一直受阻塞。之後，會釋放所有等待的線程，await 的所有後續調用都將立即返回。這種現象只出現一次——計數無法被重置。如果需要重置計數，請考慮使用 CyclicBarrier。

CountDownLatch 的一個非常典型的應用場景是：有一個任務想要往下執行，但必須要等到其他的任務執行完畢後纔可以繼續往下執行。假如我們這個想要繼續往下執行的任務調用一個 CountDownLatch 對象的 await()方法，其他的任務執行完自己的任務後調用同一個CountDownLatch 對象上的 countDown()方法，這個調用 await()方法的任務將一直阻塞等待，直到這個 CountDownLatch 對象的計數值減到 0 爲止。

CyclicBarrier 一個同步輔助類，它允許一組線程互相等待，直到到達某個公共屏障點 (common barrier point)。在涉及一組固定大小的線程的程序中，這些線程必須不時地互相等待，此時 CyclicBarrier 很有用。因爲該 barrie在釋放等待線程後可以重用，所以稱它爲循環的barrier。

106、什麼是不可變對象，它對寫併發應用有什麼幫助

不可變對象(Immutable Objects)即對象一旦被創建它的狀態（對象的數據，也即對象屬性值）就不能改變，反之即爲可變對象(Mutable
Objects)。不可變對象的類即爲不可變類(Immutable Class)。Java 平臺類庫中包含許多不可變類，如 String、基本類型的包裝類、
BigInteger 和 BigDecimal 等。不可變對象天生是線程安全的。它們的常量（域）是在構造函數中創建的。既然它們的狀態無法修改，這些常量永遠不會變。
不可變對象永遠是線程安全的。
只有滿足如下狀態，一個對象纔是不可變的；它的狀態不能在創建後再被修改；
所有域都是 ﬁnal 類型；並且，
它被正確創建（創建期間沒有發生 this 引用的逸出）。

107、Java 中用到的線程調度算法是什麼？

計算機通常只有一個 CPU,在任意時刻只能執行一條機器指令,每個線程只有獲得CPU 的使用權才能執行指令.所謂多線程的併發運行,其實是指從宏觀上看,各個線程輪流獲得 CPU 的使用權,分別執行各自的任務.在運行池中,會有多個處於就緒狀態的線程在等待 CPU,JAVA 虛擬機的一項任務就是負責線程的調度,線程調度是指按照特定機制爲多個線程分配CPU 的使用權.
**有兩種調度模型：**分時調度模型和搶佔式調度模型。分時調度模型是指讓所有的線程輪流獲得 cpu 的使用權,並且平均分配每個線程佔用的CPU 的時間片這個也比較好理解。 java 虛擬機採用搶佔式調度模型，是指優先讓可運行池中優先級高的線程佔用CPU，如果可運行池中的線程優先級相同，那麼就隨機選擇一個線程，使其佔用CPU。處於運行狀態的線程會一直運行，直至它不得不放棄 CPU。

108、什麼是線程組，爲什麼在 Java 中不推薦使用？

線程組和線程池是兩個不同的概念，他們的作用完全不同，前者是爲了方便線程的管理，後者是爲了管理線程的生命週期，複用線程，減少創建銷燬線程的開銷。

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