40个Java并发编程高频面试题

1. 为什么要使用并发编程

• 提升多核CPU的利用率：一台主机通常有多个CPU核心，创建多个线程，操作系统理论上可将线程分配给不同CPU执行，提高CPU使用效率，单线程则只能使用一个CPU核心。
• 方便业务拆分，提升应用性能：如网上购物时，拆分减库存、生成订单等操作，利用多线程技术可提升响应速度，并行程序更适应复杂业务模型。

2. 多线程应用场景

例如迅雷多线程下载、数据库连接池、分批发送短信等。

3. 并发编程有什么缺点

并发编程目的是提高程序执行效率，但并不总是能提升速度，还可能遇到内存泄漏、上下文切换、线程安全、死锁等问题。

4. 并发编程三个必要因素是什么?

• 原子性：一个或多个操作要么全部执行成功，要么全部执行失败。
• 可见性：一个线程对共享变量的修改，另一个线程能够立刻看到，可通过synchronized、volatile实现。
• 有序性：程序执行顺序按照代码先后顺序执行，但处理器可能对指令进行重排序。

5. Java程序中怎么保证多线程的运行安全?

出现线程安全问题的原因及解决办法：

• 线程切换带来的原子性问题，解决办法：使用多线程之间同步synchronized或使用锁(lock)。
• 缓存导致的可见性问题，解决办法：synchronized、volatile、LOCK可解决。
• 编译优化带来的有序性问题，解决办法：Happens-Before规则可解决。

6. 并行和并发有什么区别?

• 并发：多个任务在同一个CPU核上，按细分时间片轮流（交替）执行，逻辑上任务同时执行。
• 并行：单位时间内，多个处理器或多核处理器同时处理多个任务，是真正意义上的“同时进行”。
• 串行：有n个任务，由一个线程按顺序执行，不存在线程不安全情况和临界区问题。

7. 什么是多线程

多线程指程序中包含多个执行流，一个程序中可同时运行多个不同线程执行不同任务。

8. 多线程的好处

可以提高CPU的利用率。在多线程程序中，一个线程等待时，CPU可运行其他线程，提高程序效率，允许单个程序创建多个并行执行的线程完成各自任务。

9. 多线程的劣势:

• 线程需占用内存，线程越多占用内存越多。
• 多线程需要协调和管理，需要CPU时间跟踪线程。
• 线程之间对共享资源的访问会相互影响，必须解决竞用共享资源的问题。

10. 线程和进程区别

• 进程：一个在内存中运行的应用程序，每个正在系统上运行的程序都是一个进程。
• 线程：进程中的一个执行任务（控制单元），负责在程序里独立执行。一个进程至少有一个线程，可运行多个线程，多个线程可共享数据。
• 区别：
• 根本区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，线程是处理器任务调度和执行的基本单位。
• 资源开销：进程有独立代码和数据空间，程序切换开销大；线程是轻量级进程，同一类线程共享代码和数据空间，线程切换开销小。
• 包含关系：线程是进程的一部分，一个进程内多个线程的执行过程是多条线共同完成。
• 内存分配：同一进程的线程共享本进程地址空间和资源，进程间地址空间和资源相互独立。
• 影响关系：一个进程崩溃后，在保护模式下不影响其他进程，一个线程崩溃可能导致整个进程死掉，多进程比多线程健壮。
• 执行过程：进程有程序运行入口、顺序执行序列和程序出口，线程不能独立执行，依存在应用程序中，由应用程序提供执行控制，两者均可并发执行。

11. 什么是上下文切换?

多线程编程中线程个数大于CPU核心个数，一个CPU核心任意时刻只能被一个线程使用。CPU为每个线程分配时间片并轮转，当一个线程时间片用完，重新处于就绪状态让给其他线程，这个过程就是一次上下文切换。即当前任务在执行完CPU时间片切换到另一个任务前，会先保存自己的状态，下次切换回时再加载，从保存到再加载的过程就是一次上下文切换。上下文切换通常是计算密集型的，会消耗大量CPU时间。

12. 守护线程和用户线程有什么区别呢?

• 用户线程：运行在前台，执行具体任务，如程序的主线程、连接网络的子线程等。
• 守护线程：运行在后台，为其他前台线程服务，是JVM中非守护线程的 “佣人”。一旦所有用户线程都结束运行，守护线程会随JVM一起结束工作。

13. 如何在Windows和Linux上查找哪个线程cpu利用率最高?

• Windows：用任务管理器查看。
• Linux：
• 用top工具，找出cpu耗用厉害的进程pid，终端执行top命令，然后按下shift+p（shift+m是找出消耗内存最高）查找出cpu利用最厉害的pid号。
• 根据pid号，执行top -H -p pid，然后按下shift+p，查找出cpu利用率最厉害的线程号。
• 将获取到的线程号转换成16进制。
• 使用jstack工具将进程信息打印输出，jstack pid号 > /tmp/t.dat ，也可使用JDK自带的工具“jconsole”、“visualVm”查看。

14. 什么是线程死锁

死锁是指两个或两个以上的进程（线程）在执行过程中，由于竞争资源或彼此通信而造成的一种阻塞现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时系统处于死锁状态，这些永远在互相等待的进程（线程）称为死锁进程（线程）。多个线程同时被阻塞，它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放，程序不可能正常终止。

15. 形成死锁的四个必要条件是什么

• 互斥条件：在一段时间内某资源只由一个进程占用，其他进程请求时只能等待，直至占有资源的进程用毕释放。
• 占有且等待条件：进程已保持至少一个资源，又提出新的资源请求，而该资源已被其它进程占有，此时请求进程阻塞，但对自己已获得的其它资源保持不放。
• 不可抢占条件：别人已占有某项资源，不能因为自己需要就去抢夺。
• 循环等待条件：若干进程之间形成头尾相接的循环等待资源关系。

16. 如何避免线程死锁

• 避免一个线程同时获得多个锁。
• 避免一个线程在锁内同时占用多个资源，尽量保证每个锁只占用一个资源。
• 尝试使用定时锁，使用lock.tryLock(timeout)来替代使用内部锁机制。

17. 创建线程的四种方式

• 继承Thread类。
• 实现Runnable接口。
• 实现Callable接口。
• 使用匿名内部类方式。

18. 说一下runnable和callable有什么区别

• 相同点：都是接口，都可编写多线程程序，都采用Thread.start()启动线程。
• 主要区别：
• Runnable接口run方法无返回值；Callable接口call方法有返回值，是个泛型，和Future、FutureTask配合可获取异步执行的结果。
• Runnable接口run方法只能抛出运行时异常，且无法捕获处理；Callable接口call方法允许抛出异常，可获取异常信息。

19. 线程的run()和start()有什么区别?

• run()方法是线程体，用于执行线程的运行时代码，可重复调用。
• start()方法用于启动线程，真正实现多线程运行，调用start()方法无需等待run方法体代码执行完毕，线程处于就绪状态，然后通过调用run()方法完成运行状态，run()方法运行结束，线程终止。直接调用run()方法相当于调用普通函数，是在主线程里执行，并非多线程工作。

20. 为什么我们调用start()方法时会执行run()方法，为什么我们不能直接调用run()方法?

new一个Thread，线程进入新建状态。调用start()方法，会启动一个线程并使线程进入就绪状态，当分配到时间片后开始运行，start()会执行线程的相应准备工作，然后自动执行run()方法的内容，这是真正的多线程工作。而直接执行run()方法，会把run方法当成一个main线程下的普通方法去执行，并不会在某个线程中执行它，所以不是多线程工作。

21. 什么是Callable和Future?

• Callable接口类似于Runnable，但功能更强大，被线程执行后可返回值。
• Future接口表示异步任务，是一个可能还没有完成的异步任务的结果，可拿到Callable执行后的返回值。Callable用于产生结果，Future用于获取结果。

22. 什么是FutureTask

FutureTask表示一个异步运算的任务，里面可传入一个Callable的具体实现类，可对异步运算任务的结果进行等待获取、判断是否完成、取消任务等操作。只有运算完成时结果才能取回，若运算尚未完成，get方法将会阻塞。FutureTask也可对调用了Callable和Runnable的对象进行包装，且可放入线程池中。

23. 线程的状态

• 新建(new)：新创建了一个线程对象。
• 就绪(可运行状态)(runnable)：线程对象创建后，调用start()方法，该线程处于就绪状态，等待被线程调度选中，获取cpu的使用权。
• 运行(running)：可运行状态的线程获得了cpu时间片，执行程序代码。
• 阻塞(block)：处于运行状态中的线程因某种原因，暂时放弃对CPU的使用权，停止执行，进入阻塞状态，直到进入就绪状态，才有机会再次被CPU调用进入运行状态。阻塞分为等待阻塞、同步阻塞、其他阻塞。
• 死亡(dead)(结束)：线程run()、main()方法执行结束，或因异常退出run()方法，则该线程结束生命周期，死亡的线程不可再次复生。

24. Java中用到的线程调度算法是什么?

Java虚拟机采用抢占式调度模型，优先让可运行池中优先级高的线程占用CPU，如果可运行池中的线程优先级相同，那么就随机选择一个线程，使其占用CPU。处于运行状态的线程会一直运行，直至它不得不放弃CPU。

25. 线程的调度策略

线程调度器选择优先级最高的线程运行，但发生以下情况时，会终止线程的运行：

• 线程体中调用了yield方法让出了对cpu的占用权利。
• 线程体中调用了sleep方法使线程进入睡眠状态。
• 线程由于IO操作受到阻塞。
• 另外一个更高优先级线程出现。
• 在支持时间片的系统中，该线程的时间片用完。

26. 什么是线程调度器(Thread Scheduler)和时间分片(Time Slicing )?

• 线程调度器：是一个操作系统服务，负责为Runnable状态的线程分配CPU时间。
• 时间分片：指将可用的CPU时间分配给可用的Runnable线程的过程，分配可基于线程优先级或线程等待时间。线程调度不受Java虚拟机控制，应用程序控制它是更好的选择。

27. 请说出与线程同步以及线程调度相关的方法。

• wait()：使一个线程处于等待（阻塞）状态，并且释放所持有的对象的锁。
• sleep()：使一个正在运行的线程处于睡眠状态，是一个静态方法，调用需处理InterruptedException异常。
• notify()：唤醒一个处于等待状态的线程，由JVM确定唤醒哪个线程，与优先级无关。
• notifyAll()：唤醒所有处于等待状态的线程，让它们竞争锁，只有获得锁的线程才能进入就绪状态。

28. sleep()和wait()有什么区别?

• 类的不同：sleep()是Thread线程类的静态方法，wait()是Object类的方法。
• 是否释放锁：sleep()不释放锁；wait()释放锁。
• 用途不同：Wait通常用于线程间交互/通信，sleep通常用于暂停执行。
• 用法不同：wait()方法被调用后，线程不会自动苏醒，需别的线程调用同一个对象上的notify()或者notifyAll()方法；sleep()方法执行完成后，线程会自动苏醒，也可使用wait(long timeout)超时后线程自动苏醒。

29. 你是如何调用wait()方法的？使用if块还是循环？为什么?

wait()方法应该在循环中调用。因为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，程序可能在未满足结束条件的情况下退出。当线程获取到CPU开始执行时，其他条件可能还未满足，循环检测条件是否满足会更好。

30. 为什么线程通信的方法wait(), notify()和notifyAll()被定义在Object类里?

因为Java所有类都继承了Object，Java想让任何对象都可作为锁，wait()、notify()等方法用于等待对象的锁或唤醒线程，而Java线程中没有可供任何对象使用的锁，所以这些方法定义在Object类中。若定义在Thread类里，一个线程可能持有多个锁，放弃锁时难以确定放弃哪个锁，管理会更复杂。

31. 为什么wait(), notify()和notifyAll()必须在同步方法或者同步块中被调用?

当一个线程调用对象的wait()方法时，该线程必须拥有该对象的锁，接着释放锁并进入等待状态，直到其他线程调用该对象的notify()方法。同样，调用notify()方法时也需释放对象的锁，以便其他等待的线程获取锁。由于这些方法都需要线程持有对象的锁，所以只能通过同步实现，只能在同步方法或同步块中被调用。

32. Thread类中的yield方法有什么作用?

使当前线程从执行状态（运行状态）变为可执行态（就绪状态）。当前线程到了就绪状态后，接下来哪个线程从就绪状态变成执行状态由系统分配。

33. 为什么Thread类的sleep()和yield ()方法是静态的?

Thread类的sleep()和yield()方法在当前正在执行的线程上运行，在其他处于等待状态的线程上调用这些方法没有意义，所以它们是静态的，可避免程序员错误地在非运行线程调用这些方法。

34. 线程的sleep()方法和yield()方法有什么区别?

• sleep()方法给其他线程运行机会时不考虑线程的优先级，会给低优先级的线程运行机会；yield()方法只会给相同优先级或更高优先级的线程运行机会。
• 线程执行sleep()方法后转入阻塞状态，执行yield()方法后转入就绪状态。
• sleep()方法声明抛出InterruptedException，yield()方法没有声明任何异常。
• sleep()方法比yield()方法具有更好的可移植性，通常不建议使用yield()方法控制并发线程的执行。

35. 如何停止一个正在运行的线程?

在java中有以下3种方法可以终止正在运行的线程：

• 使用退出标志，使线程正常退出，即run方法完成后线程终止。
• 使用stop方法强行终止，但不推荐，因为stop和suspend及resume一样都是过期作废的方法。
• 使用interrupt方法中断线程。

36. Java中interrupted和isInterrupted方法的区别?

• interrupt：用于中断线程，调用该方法的线程状态将被置为”中断”状态，但线程中断仅仅是置线程的中断状态位，不会停止线程，需要用户自己监视线程状态并处理。
• interrupted：是静态方法，查看当前中断信号是true还是false并且清除中断信号。如果一个线程被中断了，第一次调用interrupted则返回true，第二次和后面的就返回false了。
• isInterrupted：可返回当前中断信号是true还是false，与interrupt最大的差别在于它不会清除中断信号。

37. 什么是阻塞式方法?

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，ServerSocket的accept()方法就是一直等待客户端连接。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。

38. Java中你怎样唤醒一个阻塞的线程?

wait()、notify()方法针对对象，调用任意对象的wait()方法将导致线程阻塞并释放该对象的锁，调用notify()方法则随机解除该对象阻塞的线程，但需重新获取锁，直到获取成功才能往下执行。wait、notify方法必须在synchronized块或方法中被调用，且同步块或方法的锁对象与调用wait、notify方法的对象需为同一个。

39. notify()和notifyAll()有什么区别?

如果线程调用了对象的wait()方法，线程便会处于该对象的等待池中，等待池中的线程不会竞争该对象的锁。notifyAll()会唤醒所有的线程，notify()只会唤醒一个线程。notifyAll()调用后，会将全部线程由等待池移到锁池，然后参与锁的竞争，竞争成功则继续执行，不成功则留在锁池等待锁被释放后再次参与竞争；notify()只会唤醒一个线程，具体唤醒哪一个线程由虚拟机控制。

40. 如何在两个线程间共享数据?

在两个线程间共享变量即可实现共享。共享变量要求变量本身是线程安全的，在线程内使用时，若有对共享变量的复合操作，也需保证复合操作的线程安全性。