Java多線程面試問題
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Java多線程面試問題

簡介

請大家在閱讀完參考資料的前兩項後,再看問題

參考資料

Java多線程編程總結
 Java多線程併發編程
 Java多線程和併發基礎面試問答
 15個多線程面試題

1. 進程和線程之間有什麼不同？

一個進程是一個獨立(self contained)的運行環境，它可以被看作一個程序或者一個應用。而線程是在進程中執行的一個任務。Java運行環境是一個包含了不同的類和程序的單一進程。線程可以被稱爲輕量級進程。線程需要較少的資源來創建和駐留在進程中，並且可以共享進程中的資源。

2. 多線程編程的好處是什麼？

在多線程程序中，多個線程被併發的執行以提高程序的效率，CPU不會因爲某個線程需要等待資源而進入空閒狀態。多個線程共享堆內存(heap memory)，因此創建多個線程去執行一些任務會比創建多個進程更好。舉個例子，Servlets比CGI更好，是因爲Servlets支持多線程而CGI不支持。

3.用戶線程和守護線程有什麼區別？

當我們在Java程序中創建一個線程，它就被稱爲用戶線程。一個守護線程是在後臺執行並且不會阻止JVM終止的線程。當沒有用戶線程在運行的時候，JVM關閉程序並且退出。一個守護線程創建的子線程依然是守護線程。

4.我們如何創建一個線程？

有兩種創建線程的方法：一是實現Runnable接口，然後將它傳遞給Thread的構造函數，創建一個Thread對象；二是直接繼承Thread類。

5. 有哪些不同的線程生命週期？

當我們在Java程序中新建一個線程時，它的狀態是New。當我們調用線程的start()方法時，狀態被改變爲Runnable。線程調度器會爲Runnable線程池中的線程分配CPU時間並且講它們的狀態改變爲Running。其他的線程狀態還有Waiting，Blocked 和Dead。

6. 可以直接調用Thread類的run()方法麼？

當然可以，但是如果我們調用了Thread的run()方法，它的行爲就會和普通的方法一樣，爲了在新的線程中執行我們的代碼，必須使用Thread.start()方法。

7. 如何讓正在運行的線程暫停一段時間？

我們可以使用Thread類的Sleep()方法讓線程暫停一段時間。需要注意的是，這並不會讓線程終止，一旦從休眠中喚醒線程，線程的狀態將會被改變爲Runnable，並且根據線程調度，它將得到執行。

8. 你對線程優先級的理解是什麼？

每一個線程都是有優先級的，一般來說，高優先級的線程在運行時會具有優先權，但這依賴於線程調度的實現，這個實現是和操作系統相關的(OS dependent)。我們可以定義線程的優先級，但是這並不能保證高優先級的線程會在低優先級的線程前執行。線程優先級是一個int變量(從1-10)，1代表最低優先級，10代表最高優先級。

9. 什麼是線程調度器(Thread Scheduler)和時間分片(Time Slicing)？

線程調度器是一個操作系統服務，它負責爲Runnable狀態的線程分配CPU時間。一旦我們創建一個線程並啓動它，它的執行便依賴於線程調度器的實現。時間分片是指將可用的CPU時間分配給可用的Runnable線程的過程。分配CPU時間可以基於線程優先級或者線程等待的時間。線程調度並不受到Java虛擬機控制，所以由應用程序來控制它是更好的選擇（也就是說不要讓你的程序依賴於線程的優先級）。

10. 在多線程中，什麼是上下文切換(context-switching)？

上下文切換是存儲和恢復CPU狀態的過程，它使得線程執行能夠從中斷點恢復執行。上下文切換是多任務操作系統和多線程環境的基本特徵。

11. 你如何確保main()方法所在的線程是Java程序最後結束的線程？

我們可以使用Thread類的join()方法來確保所有程序創建的線程在main()方法退出前結束。這裏有一篇文章關於Thread類的join()方法。

12.線程之間是如何通信的？

當線程間是可以共享資源時，線程間通信是協調它們的重要的手段。Object類中wait()\notify()\notifyAll()方法可以用於線程間通信關於資源的鎖的狀態。

13.爲什麼線程通信的方法wait(), notify()和notifyAll()被定義在Object類裏？

Java的每個對象中都有一個鎖(monitor，也可以成爲監視器) 並且wait()，notify()等方法用於等待對象的鎖或者通知其他線程對象的監視器可用。在Java的線程中並沒有可供任何對象使用的鎖和同步器。這就是爲什麼這些方法是Object類的一部分，這樣Java的每一個類都有用於線程間通信的基本方法

14. 爲什麼wait(), notify()和notifyAll()必須在同步方法或者同步塊中被調用？

當一個線程需要調用對象的wait()方法的時候，這個線程必須擁有該對象的鎖，接着它就會釋放這個對象鎖並進入等待狀態直到其他線程調用這個對象上的notify()方法。同樣的，當一個線程需要調用對象的notify()方法時，它會釋放這個對象的鎖，以便其他在等待的線程就可以得到這個對象鎖。由於所有的這些方法都需要線程持有對象的鎖，這樣就只能通過同步來實現，所以他們只能在同步方法或者同步塊中被調用。

15. 爲什麼Thread類的sleep()和yield()方法是靜態的？

Thread類的sleep()和yield()方法將在當前正在執行的線程上運行。所以在其他處於等待狀態的線程上調用這些方法是沒有意義的。這就是爲什麼這些方法是靜態的。它們可以在當前正在執行的線程中工作，並避免程序員錯誤的認爲可以在其他非運行線程調用這些方法。sleep yield 區別

16.如何確保線程安全？

在Java中可以有很多方法來保證線程安全——同步，使用原子類(atomic concurrent classes)，實現併發鎖，使用volatile關鍵字，使用不變類和線程安全類。在線程安全教程中，你可以學到更多。

17. volatile關鍵字在Java中有什麼作用？

當我們使用volatile關鍵字去修飾變量的時候，所以線程都會直接讀取該變量並且不緩存它。這就確保了線程讀取到的變量是同內存中是一致的。

18. 同步方法和同步塊，哪個是更好的選擇？

同步塊是更好的選擇，因爲它不會鎖住整個對象（當然你也可以讓它鎖住整個對象）。同步方法會鎖住整個對象，哪怕這個類中有多個不相關聯的同步塊，這通常會導致他們停止執行並需要等待獲得這個對象上的鎖。

19.如何創建守護線程？

使用Thread類的setDaemon(true)方法可以將線程設置爲守護線程，需要注意的是，需要在調用start()方法前調用這個方法，否則會拋出IllegalThreadStateException異常。

20. 什麼是ThreadLocal?

ThreadLocal用於創建線程的本地變量，我們知道一個對象的所有線程會共享它的全局變量，所以這些變量不是線程安全的，我們可以使用同步技術。但是當我們不想使用同步的時候，我們可以選擇ThreadLocal變量。

每個線程都會擁有他們自己的Thread變量，它們可以使用get()\set()方法去獲取他們的默認值或者在線程內部改變他們的值。ThreadLocal實例通常是希望它們同線程狀態關聯起來是private static屬性。

21. 什麼是Thread Group？爲什麼建議使用它？

ThreadGroup是一個類，它的目的是提供關於線程組的信息。

ThreadGroup API比較薄弱，它並沒有比Thread提供了更多的功能。它有兩個主要的功能：一是獲取線程組中處於活躍狀態線程的列表；二是設置爲線程設置未捕獲異常處理器(ncaught exception handler)。但在Java 1.5中Thread類也添加了setUncaughtExceptionHandler(UncaughtExceptionHandler eh) 方法，所以ThreadGroup是已經過時的，不建議繼續使用。

t1.setUncaughtExceptionHandler(new UncaughtExceptionHandler(){

@Override
public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
System.out.println("exception occured:"+e.getMessage());
}

});

22. 什麼是Java線程轉儲(Thread Dump)，如何得到它？

線程轉儲是一個JVM活動線程的列表，它對於分析系統瓶頸和死鎖非常有用。有很多方法可以獲取線程轉儲——使用Profiler，Kill -3命令，jstack工具等等。更喜歡jstack工具，因爲它容易使用並且是JDK自帶的。由於它是一個基於終端的工具，所以我們可以編寫一些腳本去定時的產生線程轉儲以待分析。

23. 什麼是死鎖(Deadlock)？如何分析和避免死鎖？

死鎖是指兩個以上的線程永遠阻塞的情況，這種情況產生至少需要兩個以上的線程和兩個以上的資源。
分析死鎖，我們需要查看Java應用程序的線程轉儲。我們需要找出那些狀態爲BLOCKED的線程和他們等待的資源。每個資源都有一個唯一的id，用這個id我們可以找出哪些線程已經擁有了它的對象鎖。
避免嵌套鎖，只在需要的地方使用鎖和避免無限期等待是避免死鎖的通常辦法。

24. 什麼是Java Timer類？如何創建一個有特定時間間隔的任務？

java.util.Timer是一個工具類，可以用於安排一個線程在未來的某個特定時間執行。Timer類可以用安排一次性任務或者週期任務。
java.util.TimerTask是一個實現了Runnable接口的抽象類，我們需要去繼承這個類來創建我們自己的定時任務並使用Timer去安排它的執行。

25. 什麼是線程池？如何創建一個Java線程池？

一個線程池管理了一組工作線程，同時它還包括了一個用於放置等待執行的任務的隊列。
java.util.concurrent.Executors提供了一個 java.util.concurrent.Executor接口的實現用於創建線程池。線程池例子展現瞭如何創建和使用線程池，或者閱讀ScheduledThreadPoolExecutor例子，瞭解如何創建一個週期任務。

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

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。
count++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。

27. 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：
1. 可以使鎖更公平
2. 可以使線程在等待鎖的時候響應中斷
3. 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
4. 可以在不同的範圍，以不同的順序獲取和釋放鎖

28. 什麼是Executors框架？

Executor框架同java.util.concurrent.Executor 接口在Java 5中被引入。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。

29. 什麼是阻塞隊列？如何使用阻塞隊列來實現生產者-消費者模型？

java.util.concurrent.BlockingQueue的特性是：當隊列是空的時，從隊列中獲取或刪除元素的操作將會被阻塞，或者當隊列是滿時，往隊列裏添加元素的操作會被阻塞。
1. 阻塞隊列不接受空值，當你嘗試向隊列中添加空值的時候，它會拋出NullPointerException。
2. 阻塞隊列的實現都是線程安全的，所有的查詢方法都是原子的並且使用了內部鎖或者其他形式的併發控制。
3. BlockingQueue 接口是java collections框架的一部分，它主要用於實現生產者-消費者問題。

30. 什麼是Callable和Future?

Java 5在concurrency包中引入了java.util.concurrent.Callable 接口，它和Runnable接口很相似，但它可以返回一個對象或者拋出一個異常。
Callable接口使用泛型去定義它的返回類型。Executors類提供了一些有用的方法去在線程池中執行Callable內的任務。由於Callable任務是並行的，我們必須等待它返回的結果。java.util.concurrent.Future對象爲我們解決了這個問題。在線程池提交Callable任務後返回了一個Future對象，使用它我們可以知道Callable任務的狀態和得到Callable返回的執行結果。Future提供了get()方法讓我們可以等待Callable結束並獲取它的執行結果。

31. 什麼是FutureTask?

FutureTask是Future的一個基礎實現，我們可以將它同Executors使用處理異步任務。通常我們不需要使用FutureTask類，單當我們打算重寫Future接口的一些方法並保持原來基礎的實現是，它就變得非常有用。我們可以僅僅繼承於它並重寫我們需要的方法

32. 什麼是併發容器的實現？

Java集合類都是快速失敗的，這就意味着當集合被改變且一個線程在使用迭代器遍歷集合的時候，迭代器的next()方法將拋出ConcurrentModificationException異常。
併發容器支持併發的遍歷和併發的更新。
主要的類有ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList 和CopyOnWriteArraySet。

33. Executors類是什麼？

Executors爲Executor，ExecutorService，ScheduledExecutorService，ThreadFactory和Callable類提供了一些工具方法。
Executors可以用於方便的創建線程池。

34. 現在有T1、T2、T3三個線程，你怎樣保證T2在T1執行完後執行，T3在T2執行完後執行？

這個線程問題通常會在第一輪或電話面試階段被問到，目的是檢測你對”join”方法是否熟悉。這個多線程問題比較簡單，可以用join方法實現。

35. 在Java中Lock接口比synchronized塊的優勢是什麼？你需要實現一個高效的緩存，它允許多個用戶讀，但只允許一個用戶寫，以此來保持它的完整性，你會怎樣去實現它？

lock接口在多線程和併發編程中最大的優勢是它們爲讀和寫分別提供了鎖，它能滿足你寫像ConcurrentHashMap這樣的高性能數據結構和有條件的阻塞。Java線程面試的問題越來越會根據面試者的回答來提問。強烈建議在去參加多線程的面試之前認真讀一下Locks，因爲當前其大量用於構建電子交易終統的客戶端緩存和交易連接空間。

36. 用Java實現阻塞隊列。

這是一個相對艱難的多線程面試問題，它能達到很多的目的。第一，它可以檢測侯選者是否能實際的用Java線程寫程序；第二，可以檢測侯選者對併發場景的理解，並且你可以根據這個問很多問題。如果他用wait()和notify()方法來實現阻塞隊列，你可以要求他用最新的Java 5中的併發類來再寫一次。

37. 用Java寫代碼來解決生產者——消費者問題。

與上面的問題很類似，但這個問題更經典，有些時候面試都會問下面的問題。在Java中怎麼解決生產者——消費者問題，當然有很多解決方法，已經分享了一種用阻塞隊列實現的方法。有些時候他們甚至會問怎麼實現哲學家進餐問題。

38. 用Java編程一個會導致死鎖的程序，你將怎麼解決？

這是我最喜歡的Java線程面試問題，因爲即使死鎖問題在寫多線程併發程序時非常普遍，但是很多侯選者並不能寫deadlock free code（無死鎖代碼？），他們很掙扎。只要告訴他們，你有N個資源和N個線程，並且你需要所有的資源來完成一個操作。爲了簡單這裏的n可以替換爲2，越大的數據會使問題看起來更復雜。通過避免Java中的死鎖來得到關於死鎖的更多信息。

39. 什麼是原子操作，Java中的原子操作是什麼？

非常簡單的java線程面試問題，接下來的問題是你需要同步一個原子操作。

40. Java中的volatile關鍵是什麼作用？怎樣使用它？在Java中它跟synchronized方法有什麼不同？

自從Java 5和Java內存模型改變以後，基於volatile關鍵字的線程問題越來越流行。應該準備好回答關於volatile變量怎樣在併發環境中確保可見性、順序性和一致性。
被volatile修飾過的對象保證了對線程的可見性，對於非volatile修飾的對象，都是從共享內存加載到緩存，線程都是從緩存中讀取的對象，當一個線程對一個非volatile的對象賦值的時候，同樣是先寫到緩存，然後在同步到共享內存，這樣就無法保證每個線程從共享內存讀取的數據是最新的。而被volatile修飾過的對象，線程是直接從共享內存中讀取的，寫入也一樣。編譯器在編譯期間會對指令進行優化的重排序，使用volatile的就不會進行重排序

41.什麼是競爭條件？你怎樣發現和解決競爭？

這是一道出現在多線程面試的高級階段的問題。大多數的面試官會問最近你遇到的競爭條件，以及你是怎麼解決的。有些時間他們會寫簡單的代碼，然後讓你檢測出代碼的競爭條件。可以參考我之前發佈的關於Java競爭條件的文章。在我看來這是最好的java線程面試問題之一，它可以確切的檢測候選者解決競爭條件的經驗，or writing code which is free of data race or any other race condition。關於這方面最好的書是《Concurrency practices in Java》。

競爭條件
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42. 你將如何使用thread dump？你將如何分析Thread dump？

在UNIX中你可以使用kill -3，然後thread dump將會打印日誌，在windows中你可以使用”CTRL+Break”。非常簡單和專業的線程面試問題，但是如果他問你怎樣分析它，就會很棘手。

43.Java中你怎樣喚醒一個阻塞的線程？

這是個關於線程和阻塞的棘手的問題，它有很多解決方法。如果線程遇到了IO阻塞，我並且不認爲有一種方法可以中止線程。如果線程因爲調用wait()、sleep()、或者join()方法而導致的阻塞，你可以中斷線程，並且通過拋出InterruptedException來喚醒它。我之前寫的《How to deal with blocking methods in java》有很多關於處理線程阻塞的信息。

44. 在Java中CycliBarriar和CountdownLatch有什麼區別？

這個線程問題主要用來檢測你是否熟悉JDK5中的併發包。這兩個的區別是CyclicBarrier可以重複使用已經通過的障礙，而CountdownLatch不能重複使用。

45. 什麼是不可變對象，它對寫併發應用有什麼幫助？

另一個多線程經典面試問題，並不直接跟線程有關，但間接幫助很多。這個java面試問題可以變的非常棘手，如果他要求你寫一個不可變對象，或者問你爲什麼String是不可變的。

46. 你在多線程環境中遇到的共同的問題是什麼？你是怎麼解決它的？

多線程和併發程序中常遇到的有Memory-interface、競爭條件、死鎖、活鎖和飢餓。問題是沒有止境的，如果你弄錯了，將很難發現和調試。這是大多數基於面試的，而不是基於實際應用的Java線程問題。

大數據課程體系-學習筆記-第一階段-Java Thread