Java線程面試題[未完待更新]

1、什麼是線程?

線程是操作系統能夠進行運算調度的最小單位,被包含在進程之中,是進程中的實際運作單位。程序員可以通過它進行多處理器編程,可以使用多線程對運算密集型任務提速。比如,如果一個線程完成任務需要100毫秒,那麼用十個線程完成該任務只需要10毫秒。java在語言層面對多線程提供了卓越支持。

2、線程和進程有什麼區別?

線程是進程的子集,一個進程可以有很多線程,每條線程並行執行不同的任務。不同的進程使用不同的內存空間,而所有的線程共享一片相同的內存空間。別把它和棧內存搞混,每個線程都擁有單獨的棧內存用來存儲本地數據。

3、如何在java中實現線程?

在語言層面有兩種方式:

java.lang.Thread類的實例就是一個線程,但是它需要調用java.lang.Runnable接口來執行,由於線程類本身就是調用的Runnable接口,所以可以繼承java.lang.Thread類或者直接調用Runnable接口重寫run()方法實現線程。

4、用Runnable還是用Thread?那個方法更好?什麼情況下使用它?

java不支持多重繼承,但是允許實現多個接口。所以要繼承其他類,調用Runnable接口較好。

5、Thread類中的start()和run()方法區別?

start()方法被用來啓動新建的線程,而且start()內部調用了run()方法,這和直接調用run()方法的效果不一樣。當調用run()方法時候,只會在原來的線程中調用,沒有新的線程啓動。start()方法纔會啓動新的線程。

6、java中Runnable和Callable有什麼不同?

Runnable和Callable都代表那些在不同線程中執行的任務。Runnable從JDK1.0開始就有,Callable是在JDK1.5增加。主要區別是Callable的call()方法可以返回值和拋出異常,而Runnable的run()方法沒有這些功能。Callable可以返回裝在有計算結果的Future對象。

7、java中CyclicBarrier和CountDownLatch有什麼不同?

CyclicBarrier和CountDownLatch都可以讓一組線程等待其他線程。與CyclicBarrier不同的是,CountdownLatch不同重新使用。

8、java 內存模型是什麼?

java內存模型規定和指引java程序在不同的內存架構、CPU和操作系統間有確定性行爲。它在多線程情況下尤爲重要。java內存模型對一個線程所做的變動能被其他線程可見提供了保證,它們之間是先行發生關係。這個關係定義了一些規則讓程序員在併發編程時思路更清晰。比如,先行發生關係確保了:

 1)線程內的代碼能夠按先後順序執行,這被稱爲程序次序規則

 2)對於同一個鎖,一個解鎖操作一定要發生在時間上後發生的另一個鎖定操作之前,也叫做管城鎖定規則。

 3)前一個對volatile的寫操作在後一個volatile的讀操作之前,也叫做volatile變量規則。

 4)一個線程內的任何操作必須在這個線程終止之前,線程終止規則。

 5)一個對象的中介操作必須在這個對象構造完成之後,也叫對象終結規則。

 6)可傳遞性

 參考《java併發編程時間》第十六章 加深java內存模型的理解

9、java中的volatile變量是什麼?

volatile是一個特殊的修飾符,只有成員變量才能使用它。在java併發程序缺少同步類的情況下,多線程對成員變量的操作對其他線程是透明的。volatile變量可以保證下一個讀取操作會在前一個寫操作之後發生,就是上一題的volatile變量規則。

10、什麼是線程安全?Vector是一個線程安全類嘛?

如果代碼所在的進程中有多個線程在同時運行,而這些線程可能會同時運行這段代碼。如果每次運行結果和單線程運行的結果是一樣的,而且其他的變量的值也是和預期的事一樣的,就是線程安全。一個線程安全的計數器類的同一個實例對象在多個線程使用的情況先也不會出現計算失誤。很顯然可以將集合類分成兩組,線程安全和線程不安全的。Vector是用同步方法實現線程安全的,而和它相似的ArrayList不是線程安全的。

11、Java中什麼是競爭條件?舉個例子說明。

競爭條件會導致程序在併發情況下出現一些bugs。多線程對一些資源的競爭的時候回產生競爭態條件,如果首先要執行的程序競爭失敗排到後面執行了,那麼整個程序就會出現一些不確定的bugs。這種bugs很難發現而且會重複出現,因爲線程間的隨機競爭。一個例子就是無序處理。

12、java中如何停止一個線程?

Java提供了很豐富的API但沒有爲停止線程提供API。JDK1.0本來有一些像stop(),suspend()和resumer()的控制方法,但是由於潛在的死鎖威脅,因此在後續的JDK版本中他們被棄用了,之後JavaAPI的設計者就沒有提供一個兼容且線程安全的方法來停止一個線程,你可以用volatile布爾變量來退出run()方法的循環或者是取消任務來中斷線程。

13、一個線程運行時發生異常會怎樣?

簡單說,如果異常沒有被捕獲改線程將會停止執行。Thread.UncaughtExceptionHandler是用於處理未捕獲異常造成線程突然中斷情況的一個內嵌接口。當一個未捕獲異常將造成線程中斷的時候JVM會使用Thread.getUncaughtExceptionHandler()來查詢線程的UncaughtExceptionHandler並將線程和異常作爲參數傳遞給handler的uncaughtExcepiton()方法進行處理。

14、如何在兩個線程間共享數據?

可以通過貢獻對象實現該目的,或者是使用像阻塞隊列這樣併發的數據結構。用wait和notify方法實現了生產者消費者模型。

15、java中notify和notifyAll有什麼區別?

因爲多線程可以等待單監控鎖,java API設計人員提供了一些方法當等待條件改變時候通知它們,但是這些方法沒有完全實現。

notify()方法不能喚醒某個具體的線程,所以只有一個線程在等待的時候它纔有用武之地。而notifyAll()喚醒所有線程並允許他們爭奪鎖確保了至少有一個線程能繼續運行。

16、爲什麼wait,notify和notifyAll這些方法不在thread類裏邊?

設計相關問題,對現有系統和一些普遍存在但看起來不合理的實物的看法。爲什麼把這些方法放在Object類裏邊是有意義的,還有不把它放在Thread類裏的原因。一個很明顯的原因是java提供的鎖是對象鎖而不是線程級的,每個對象都有所,通過線程獲得。如果線程需要等待某些鎖,那麼調用對象的wait()方法就有意義了。如果wait()方法定義在Thread類中,線程正在等待的事哪個鎖就不明顯了。簡單說,由於wait,notify和notifyAll都是鎖級別的操作,所以把他們定義在Object類中,因爲鎖屬於對象。

17、什麼是ThreadLocal變量?

ThreadLocal是java裏一種特殊的變量。每個線程都有一個ThreadLocal就是每個線程都擁有自己獨立的一個變量,競爭條件被徹底清除了。它是爲創建代價高昂的對象線程安全的好方法,比如可以用ThreadLocal讓SimpleDateForamt變成線程安全的,因爲那個類創建代價高昂且每次調用都需要創建不同的實例所以不值得在局部範圍使用它,如果爲每個線程提供一個自己獨有的變量拷貝,將大大提高效率。首先,通過複用減少了代價高昂的對象的創建個數。其次,你在沒有使用高代價的同步或者不變性的情況下獲得了線程安全。線程局部變量的另一個不錯的例子是ThreadLocalRandom類,它在多線程環境中減少了創建代價高昂的、Random對象的個數。

18、什麼是FutureTask?

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、查詢運算時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。

 

19、java中interrupted和isInterruptedd方法的區別?

interrupted()和isInterrupted()的主要區別是前者會將中斷狀態清除而後者不會。java多線程的中斷機制是用內部標識來實現的,調用Thread.interrupt()來中斷一個線程就會設置中斷標識爲true。當中斷線程調用靜態方法Thread.interrupted()來檢查中斷狀態時,中斷狀態會被清零。而非靜態方法isInterrupted()用來查詢其他線程的中斷狀態。簡單說就是任何拋出InterruptedException異常的方法都會將中斷狀態清零。無論如何,一個線程的中斷狀態有可能被其他線程調用來中斷改變。

20、爲什麼wait和notify方法要在同步塊中調用?

主要是因爲java API強制要求這樣做,如果不這麼做,代碼拋出IllegalMonitorStateException異常。還有一個原因是爲了避免wait和notify之間產生競態條件。

21、爲什麼應該在循環中等待條件?

處於等待狀態的線程可能會受到錯誤警報和僞喚醒,如果不在循環中檢查等待條件,程序就會在沒有滿足條件的情況下退出。因此,當一個等待線程醒來時,不能認爲它原有的等待狀態仍然是 有效的,在notify()方法調用之後和等待線程醒來之前這段時間它可能會改變。這就是在循環中使用wait()方法效果更好的原因,可以在Eclipse中創建模板調用wait和notify試試。

22、java中的同步集合與併發集合有什麼區別?

同步集合與併發集合都爲多線程和併發線程提供了合適的線程安全集合,不過併發集合的可擴展性更高。在java1.5之前程序員們只有同步集合來用且多線程併發的時候會導致爭用,阻礙了系統的擴展性。java5介紹了併發集合像ConcurrentHashMap,不僅提供線程安全還用鎖分離和內部分區等現代技術提高了可擴展性。

23、java中堆和棧有什麼不同?

爲什麼把這個問題歸類在多線程和併發題中?因爲棧是一塊和線程緊密相關的內存區域。每個線程都有自己的棧內存,用於存儲本地變量,方法參數和棧調用,一個線程中存儲的變量對其他線程是不可見的。而堆是所有線程共享的一片公共內存區域。對象都在堆裏創建,爲了提升效率線程會從堆中弄一個緩存到自己的棧,如果多個線程使用該變量就可能引發問題,這時volatile變量就可以發揮作用了,它要求線程從主存中讀取變量的值。

24、什麼是線程池?爲什麼要使用它?

創建線程要花費昂貴的資源和時間,如果任務來了才創建線程那麼相應時間會變長,而且一個進程能 創建的線程數有限。爲了避免這些問題,在程序啓動的時候就創建若干線程來響應處理,它們被稱爲線程池,裏邊的線程叫做工作線程。從JDK1.5開始,java API提供了Executor框架可以創建不同的線程池。比如單線程池,每次處理一個任務;數目固定的線程池或者是緩存線程池(一個適合很多生存期短的任務的程序的可擴展線程池)。

25、如何寫代碼來解決生產者消費者問題?

在現實中解決許多線程問題都屬於生產者消費者模型,就是一個線程生產任務供其他線程進行消費,必須知道這怎麼進行線程間通信來解決這個問題。比較低級的方法是用wait和notify來解決這個問題,比較讚的是用Semaphore或者BlockingQueue來實現生產者消費者模型。

26、如何避免死鎖?

java多線程中的死鎖

死鎖是指兩個或者兩個以上的進程在執行過程中,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。這是一個嚴重的問題,因爲死鎖會讓你的程序掛起無法完成任務,死鎖的發生必須滿足一下四個條件:

1)互斥條件:一個資源每次只能被一個進程使用。

2)請求與保持條件:一個進程因請求資源而阻塞是,對已獲得的資源保持不放。

3)不剝奪條件:進程已獲得的資源,在未使用完之前,不能強行剝奪。

4)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。

避免死鎖最簡單的方法就是阻止循環等待條件,將系統中所有的資源設置標誌位、排序,規定所有的進程申請資源必須以一定的順序(升序或降序)做操作來避免。

27、java中活鎖和死鎖有什麼區別?

活鎖和死鎖類似,不同之處在於處於活鎖或進程的狀態是不斷改變的,活鎖可以任務是一種特殊的飢餓。一個現實的活鎖例子是兩個人在狹小的走廊碰到,兩個人都試着避讓對方好讓彼此通過,但是因爲避讓的方向都一樣導致最後誰都不能通過走廊。簡單的說就是,活鎖和死鎖的主要區別是前者進程的狀態可以改變但是不能繼續執行。

28、怎麼檢測一個線程是否擁有鎖?

Java.lang.Thread中一個方法holdsLock(),返回true如果當且僅當當前線程擁有某個具體對象的鎖。

29、如何在java中獲取線程堆棧?

對於不同的操作系統,有多種方法來獲得java進程的線程堆棧。當獲取的線程堆棧是,jvm會把所有的線程狀態存到日誌文件或者輸出到控制檯。在Windos你也可以用Ctrl+Break組合鍵來獲取線程堆棧,Linux下用Kill -3命令。可以用jstack工具獲取,它對線程id進行操作,可以用jps工具找到id。

30、jvm中那個參數是用來控制線程的棧堆棧小的

-Xss 參數用來控制線程的堆棧大小

31、java中synchronized 和ReentrantLock 有什麼不同?

java在過去很長一段時間只能通過synchronized關鍵字來實現互斥,它有一些缺點。比如你不能擴展鎖之外的方法或者邊界,嘗試獲取鎖時不能中途取消等。java5通過Lock接口提供了更復雜的控制來解決這些問題。ReentrantLock類實現了Lock,它擁有與synchronized相同的併發性和內存語義且它還具有可擴展性。

32、有三個線程T1、T2、T3,怎麼確保它們按順序執行?

在多線程中有多種方法讓線程按特定順序執行,可以使用線程類的join()方法在一個線程中啓動另一個線程,另外一個線程完成該線程繼續執行。爲了確保三個線程的順序應該先啓動最後一個(T3調用T2,T2調用T1),這樣T1就會先完成而T3最後完成。

33、java中ConcurrentHashMap的併發度是什麼?

ConcurrentHahsMap 把實際Map劃分成若干部分來實現它的可擴展性和線程安全。這種劃分是使用併發度獲得的,它是ConcurrentHashMap類構造函數的一個可選參數,默認是16,這樣在多線程情況下就能避免爭用。

34、java中Semaphore是什麼?

java中的Semahpore是一種新的同步類,它是一個計數信號。從概念上講,信號量維護了一個許可集合。如有必要,在許可用前會阻塞每一個acquire(),然後再獲取該許可。每個release()添加一個許可,從而可能釋放一個正在阻塞的獲取者。但是,不使用實際的許可對象,Semaphore只對可用許可的號碼進行計數,並採取相應的行動。信號量常常用於多線程的代碼中,比如數據庫連接池。

35、如果提交任務時,線程池隊列已滿。此時會發生什麼?

許多人認爲該任務會阻塞到直到線程池隊列中有空位。事實上如果一個任務不能被調度執行,那麼ThreadPooExecutor's submit()方法將會拋出一個RejectExecutionExepiton異常。

36、java線程池中submit()和execute()方法有什麼區別?

兩個方法都可以向線程池提交任務,execute()方法的返回類型是void,它定義在Executor接口中,而submit()方法可以返回持有計算結果的Future對象,它定義在ExecutorService接口中 ,它擴展了Executor接口,其他線程類像ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadExecutor都有這些方法。

37、什麼是阻塞式方法?

阻塞式方法是指程序會一至等待該方法完成期間不做其他事情,ServerSocket的accept()方法就是一直等待客戶端連接。這裏的阻塞式指調用結果返回之前,當前線程會被掛起,直到得到結果之後纔會返回。此外,還有異步和非阻塞式方法在任務完成之前就返回。

38、Swing是線程安全的嗎?爲什麼?

Swing不是線程安全的,Swing組件不能再多線程中進行修改,所有對GUI組件的更新都要在AWT線程中完成,而Swing提供了同步和異步兩種回調方法來進行更新。

39、java中invokeAndWait和invokeLater有什麼區別?

這兩個方法是Swing API提供給java開發者用來從當前線程而不是事件派發線程更新GUI組件用的。InvokeAndWait()同步更新GUI組件,比如一個進度條,一旦進度更新了,進度條也要做出相應改變。如果進度被多個線程跟蹤,那麼就調用invokeAndWait()方法請求事件派發線程對組件進行相應更新。而invokeLater方法是異步調用更新組件的。

40、SwingAPI中那些方法是線程安全的?

雖然組件不是線程安全的但是有一些方法是可以被多線程安全調用了,比如repain(),revalidate().JTextComponent的setText()方法和JtextArea的insert()和append()方法也是線程安全的。

41、如何在java中創建Immutable對象?

這個問題看起來和多線程無關,但不變性有助於簡化已經很複雜的併發程序。Immutable對象可以在沒有同步的情況下共享,降低了對該對象進行併發訪問的同步化開銷。可是java沒有@immutable這個註解符,要創建不可變類,要實現下面幾個步驟:通過構造方法初始化所有成員、對變量不要提供setter方法、將所有的成員聲明爲私有的,這樣就不允許直接訪問這些成員、在getter方法中,不要直接返回對象本身,而是克隆對象,並返回對象的拷貝。

42、java的ReadWriteLock是什麼?

一般而言,讀寫鎖是用來提升併發程序性能的鎖分離技術成果。java中的ReadWriteLock是java5中新增的一個接口,一個ReadWriteLock維護一對關聯的鎖,一個用於只讀操作一個用於寫。在沒有寫線程的情況下一個讀鎖可能會同時被多個讀線程持有。寫鎖是獨佔的,你可以使用JDK中的ReentrantReadWriteLock來實現這個規則,最多支持65525個寫鎖和65535個讀鎖。

43、多線程中的忙循環是什麼?

忙循環就是程序員用循環讓一個線程等待,不像傳統方法wait(),sleep()或yield()它們都放棄了CPU控制,而忙循環不會放棄CPU,它就是在運行一個空循環。這麼做的目的是爲了保留CPU緩存,在多核系統中,一個等待線程醒來的時候可能會在另一個內核運行,這樣會重建緩存。爲了避免重建緩存和減少等待重建的實際就可以使用它了。

44、volatile變量和atomic變量有什麼不同?

首先,volatile變量和atomic變量看起來很像,但功能卻不一樣。volatile變量可以確保先行關係,即寫操作會發生在後續的讀操作之前,但它並不能保證原子性。例如用volatile修飾count變量那麼count++操作就不是原子性的。而AtomicInteger類提供的atomic方法可以讓這種操作具有原子性如getAndIncrement()方法會原子性的進行增量操作把當前值加一,其他數據類型和引用變量也可以進行相似操作。

45、如果同步塊內的線程拋出異常會發生什麼?

這個問題坑了很多java程序員,如果能想到鎖是否釋放這條線索來回答還有點希望答對。無論你的同步塊是正常還是異常退出的,裏邊的線程都會釋放鎖,所以對比鎖接口更新喜歡同步塊,因爲它不用花費精力釋放鎖,該功能可以在finally block裏釋放鎖實現。

46、單例模式的雙檢鎖是什麼?

創建線程安全的單例老方法,當單例第一次被創建時試圖用單個鎖進行性能優化,但是由於太過於複雜在JDK1.4中它是失敗的。

47、如何在java中創建線程安全的Singleton?

利用jvm的類加載和靜態變量初始化特徵來創建Singleton實例,或者利用枚舉類型來創建Singleton。

48、寫出三條遵循的多線程最佳實踐

1)給線程起個有意義的名字。

這樣可以方便找bug或追蹤。OrderProcessor,QuoteProcessor or TradeProcessor 這種名字比 Thread-1,Thread-2and Thread-3好多了,給線程起一個和它要完成的任務相關的名字,所有的主要框架甚至JDK都遵循這個最佳實踐。

2)避免鎖定和縮小同步的範圍

鎖花費的代價高昂且上下文切換更耗費實踐空間,試試最低限度的使用同步和鎖,縮小臨界區。因此相對於同步方法更傾向於同步塊,給予對鎖的絕對控制權。

3)多用同步類少用wait和notify

首先,CountDownLatch,Semaphore,CyclicBarrier和Exchanger這些同步類簡化了編碼操作,而用wait和notify很難實現對複雜流程的控制。其次,這些類是由最好的企業編寫和維護,在後續的JDK中他們還會不斷優化和完善,使用這些更高等級的同步工具你的程序可以不費吹灰之力獲得優化。

4)多用併發集合少用同步集合

這是另外一個容易遵循且收益巨大的最佳實踐,併發集合比同步集合的可擴展性更好,所以在併發編程時使用併發集合效果更好。如果下一次需要用到map,你應該首先小道用ConcurrentHashMap。

49、如何強制啓動一個線程?

這個問題就像如何強制進行java垃圾回收,目前還沒有絕對方法,雖然可以使用system.gc()來進行垃圾回收,但是不保證能成功。在Java裏邊沒有辦法強制啓動一個線程,它是被線程調度器控制着且java沒有公佈相關的API.

50、java中的fork join 框架是什麼?

fork join框架是jdk7出現的一款高效的工具,java開發人員可以通過它充分利用現在服務器上的多處理器。它是專門爲了那些可以遞歸劃分成許多子模塊設計的,目的是將所有可用的處理能力用來出土過程序的性能。fork join框架一個巨大的優勢是它使用了工作竊取算法,可以完成更多任務的工作線程,可以從其他線程中竊取任務來執行。

51、java多線程中調用wait()和sleep()方法有什麼不同?

wait和sleep都可以造成某種形式的暫停,它們可以滿足不同的需要。wait()方法用戶線程間通信,如果等待條件爲真且其他線程被喚醒時,它會釋放鎖,而sleep()方法僅僅實發CPU資源或者讓當前線程停止執行一段時間,但不會釋放鎖。

 

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