多线程面试题集锦

1、为什么使用Executor框架？

每次创建线程new Thread()比较消耗性能（耗时，耗资源），而且任务来了才创建那么响应时间会变长 。线程池方便线程的回收利用，避免频繁创建导致的资源消耗

new Thread()创建的线程缺乏管理，而且可以无限制的创建，线程之间的相互竞争会导致过多占用系统资源而导致系统瘫痪（OutOfMemoryError，OOM），还有线程之间的频繁交替也会消耗很多系统资源。Executors创建线程可以有效控制最大并发线程数，提高系统资源利用率，同时避免过多资源竞争

new Thread()启动的线程不利于扩展，比如定时执行、定期执行、线程中断等都不便实现（线程池提供定时定期执行、单线程、并发数控制等）

2、Executor和Executors的区别

Executors是工具类，里面的方法可以创建不同类型的线程池（定长、变长、定时、单一）

Executro是线程池的一个根接口，里面有一个execute()方法用来执行任务

3、什么是原子操作？简述java.util.concurrent包中的原子类？

原子操作（atomic operation）：不可被中断的一个或一系列操作。

处理器使用基于对缓存加锁或总线加锁的方式来实现多处理器之间的原子操作。

在Java中可以通过锁和循环CAS的方式来实现原子操作。CAS操作（Compare and swap或compare and set），现在几乎所有的cpu指令都支持cas的原子操作

原子操作是指一个不受其他操作影响的操作任务单元。原子操作是在多线程环境下避免数据不一致必须的手段

int++并不是一个原子操作，所以当一个线程读取它的值并加一时，另外一个线程有可能会读到之前的值，这就引发错误

为了解决这个问题，必须保证增加操作是原子的，JDK1.5之前我们可以使用同步技术来做到这一点。1.5后增加了java.util.concurrent.atomic包提供了int和long类型的原子包装类，他们可以保证对于他们的操作是原子的，而且不需要使用同步。

java.util.concurrent.atomic包里面的原子类，基本特性就是在多线程环境下，当有多个线程同时执行这些类的实例包含的方法时，具有排他性：即当某个线程进入方法，执行其中的指令时，不会被其他线程打断，而别的线程就像自旋锁一样，一直等到该方法执行完成，才由JVM从等待队列中选择另一个线程进入，这只是一种逻辑上的理解。

原子类：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong，AtomicReference

原子数组：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，AtomicReferenceArray

原子属性更新器：AtomicLongFieldUpdater,AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicReferenceFieldUpdater 

解决ABA问题的原子类：AtomicMarkableReference（通过引入一个boolean来反映中间有没有变过）（通过引入一个int来累加反映中间有没有变过）

4、Lock接口是什么？对比synchronized有什么优势？

Lock接口比synchronized提供了更具扩展性的锁操作

优势：

　　公平锁

　　可以使线程在等待锁的时候响应中断

　　可以让线程尝试获取锁（tryLock）并在无法获取锁的时候立即返回或者等待一段时间

　　可以在不同的范围，以不同的顺序获取和释放锁

整体上来说Lock是synchronized的扩展板，Lock提供了无条件的，可轮询的（tryLock方法）、定时的（tryLock带参）、可中断的（lockInterruptibly）、可多条件队列的（new Condition方法）锁操作。另外Lock的实现类基本都支持非公平（默认）和公平锁。synchronized只支持非公平锁，当然，在大部分情况下，非公平锁是高效的选择

5、Executors框架

 Excutors框架是一个根据一组执行侧率调用，调度，执行和控制的异步任务的框架。

无限制的创建线程会引起应用程序内存溢出。所以创建一个线程池是个更好的解决方案，因为可以限制线程的数量并且可以回收再利用这些线程。利用Executors框架可以非常方便的创建一个线程池（定长、变长、单一、定时）

6、什么是阻塞队列（BlockingQueue）？阻塞队列的实现原理是什么？如何使用阻塞队列来实现生产者-消费者模型

阻塞队列（BlockingQueue）是一个支持两个附加操作的队列。

这两个附加的操作是：在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。当队列满时，存储元素的线程会等待队列可用。

阻塞队列常用语生产者和消费者的场景，生产者是往队列里添加元素的线程，消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器，而消费者也只从容器拿元素。

JDK7提供了7个阻塞队列。分别是：

　　ArrayBlockingQueue：一个由数组结构组成的有界阻塞队列

　　LinkedBlockingQueue：一个由链表结构组成的有界阻塞队列

　　PriorityBlockingQueue：一个支持优先级排序的无界阻塞队列

　　DelayQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列

　　SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列（此5个jdk 1.5）

　　LinkedTransferQueue：一个由链表结构阻塞的无界阻塞队列（jdk1.7）

　　LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列（jdk1.6）

java 5之前实现同步存取时，可以使用普通的一个集合，然后在使用线程的协作和线程同步可以实现生产者、消费者模式，主要技术就是用好：wait、notify、notifyAll、synchronized这些关键字。而在java 5之后，可以使用阻塞队列来实现，此方式大大减少了代码量，使得多线程编程更加容易，安全方面也有保障。

BlockingQueue接口是Queue的子接口，它的主要用途并不是作为容器，而是作为线程同步的工具，因此它具有一个很明显的特性，当生产者线程师徒想BlockingQueue放入元素时，如果队列已满，则线程被阻塞，当消费者线程师徒从中取出一个元素时，如果队列为空，则该线程会被阻塞，正是因为它所具有的这个特性，所以在程序中多个线程交替向BlockingQueue中放入元素，取出元素，它可以很好的控制线程之间的通信。

阻塞队列使用最经典的场景就是socket客户端数据的读取和解析，读取数据的线程不断将数据放入队列，然后解析线程不断从队列数据解析

 7、什么是Callable和Future？

Callable接口类似于Runnable，但是Runnable没有返回值，并且无法抛出异常（run 方法无法声明异常）。Callable接口，的call方法允许有返回值（并且可以声明异常），这个返回值可以被Future拿到。

可以认为它是带有回调的Runnable

Future接口表示异步任务，是还没有完成的任务给出的未来结果。所以说Callable用于产生结果，Future用于获取结果

8、什么是FutureTask？

FutureTask表示一个异步运算任务，实现了Future和Runnable接口，持有Callable的引用。意味着它可以传递给Thread(Runnable task)，调用start()方法启动线程，并且能够获取到线程执行结果的返回值。当然同样可以使用Executors线程池来提交任务。

public static void main(String[] args) {
    //第一种方式
    ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
    Task task = new Task();
    FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(task);
    executor.submit(futureTask);
    executor.shutdown();
     
    //第二种方式，注意这种方式和第一种方式效果是类似的，只不过一个使用的是ExecutorService，一个使用的是Thread
    /*Task task = new Task();
    FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(task);
    Thread thread = new Thread(futureTask);
    thread.start();*/
     
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e1) {
        e1.printStackTrace();
    }
     
    System.out.println("主线程在执行任务");
     
    try {
        System.out.println("task运行结果"+futureTask.get());
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (ExecutionException e) {
        e.printStackTrace();
    }         
    System.out.println("所有任务执行完毕");
}

 

9、什么是并发容器的实现？

同步容器：就是通过synchronized来实现同步的容器。如果有多个线程调用同步容器的方法，它们会串行执行。比如Vector、HashTable，Collections.synchronizedSet,synchronizedList等方法返回的容器。这些容器的方法一般都使用了synchronized来修饰（包括读）

并发容器使用了与同步容器完全不同的加锁策略来提供更高的并发性和伸缩性，例如在ConcurrentHashMap中采用了一种粒度更细的加锁机制（分段锁），在这种锁机制下，允许任意数量的读线程并发地访问map，并且执行读操作的线程和写操作的线程也可以并发的访问map，同时允许一定数量的写操作线程并发地修改map，所以它可以在并发环境下实现更高的吞吐量

10、CyclicBarrier和CountDownLatch有什么区别？

1）CountDownLatch一个线程等待，知道他等待的其他线程都执行完成并且调用countDown()方法发出通知后，当前线程才能继续执行

2）CyclicBarrier是所有线程都进行等待，知道所有线程都准备好进入await()方法之后，所有的线程同时开始执行

3）CyclicBarrier可以重复使用（reset()），而CountDownLatch不能重复使用。所以CyclicBarrier可以处理更为复杂的业务场景，比如如果计算发生错误，可以充值计数器让线程们重新执行一次。

4）CyclicBarrier还提供其他有用的方法，比如getNumberWaiting方法可以获得CyclicBarrier阻塞的线程数量。isBroken方法用来知道阻塞的线程是否被中断。

Java的concurrent包里面的CountDownLatch其实可以把它看做一个计数器，只不过这个计数器的操作是原子操作，同时只能有一个线程去操作这个计数器，也就是同时只能有一个线程去减这个计数器里面的值。

你可以向CountDownLatch对象设置一个初始的数字作为计数值，任何调用这个对象的await()方法都会阻塞，直到这个计数器的计数值被其他的线程减为0为止。

所以在当前计数到达零之前，await方法会一直受阻塞。之后，会释放所有等待的线程，await的所有后续调用都将立即返回。这种现象只出现一次——计数无法被重置。如果需要重置计数，请考虑使用CyclicBarrier。

CountDownLatch的一个非常典型的应用场景是：有一个任务想要往下执行，但必须要等到其他的任务执行完毕后才可以继续往下执行。假如我们这个想要继续往下执行的任务调用一个CountDownLatch对象的awit()方法，其他的任务执行完自己的任务后调用同一个CountDownLatch对象上的countDown()方法，这个调用await()方法的任务将一直阻塞等待，直到这个CountDownLatch对象的计数值减到0为止。

CountDownLatch : 一个线程(或者多个)， 等待另外N个线程完成某个事情之后才能执行。

CyclicBarrier：N个线程互相等待，任何一个线程完成之前，所有的线程都必须等待

CyclicBarrier是一个同步辅助类，它允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点（common barrier point）。在涉及一组固定大小的线程的程序中，这些线程必须不时地互相等待，此时CyclicBarrier很有用。因为该barrier在释放等待线程后可以重用，所以称他为循环的barrier。

CyclicBarrier的一个典型使用场景是用于多线程计算数据，最后合并计算结果

11、如何停止一个正在运行的线程？

1）使用共享变量：共享变量作为标记

2）使用interrupt()方法终止线程：如果一个线程由于等待某些事件的发生而被阻塞，又该怎样停止该线程呢？这种情况经常会发生，比如当一个线程由于需要等候键盘输入而被阻塞，或者调用Thread.join()方法，或者Thread.sleep()方法，在网络中调用ServerSocket.accept()方法，或者调用了DatagramSocket.receive()方法时，都有可能导致线程阻塞，使线程处于处于不可运行状态时，即使主程序中将该线程的共享变量设置为true，但该线程此时根本无法检查循环标志，当然也就无法立即中断。这里我们给出的建议是，不要使用stop()方法，而是使用Thread提供的interrupt()方法，因为该方法虽然不会中断一个正在运行的线程，但是它可以使一个被阻塞的线程抛出一个中断异常，从而使线程提前结束阻塞状态，退出堵塞代码。

12、乐观锁和悲观锁的理解及如何实现，有哪些实现方式？

悲观锁：总是假设最坏的情况，每次去那数据的时候都认为别人会修改，所以在每次拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前上锁。再比如Java里面的同步synchronized关键字的实现其实也是悲观锁。

乐观锁：顾名思义，就是很乐观，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，可以使用版本号等机制。乐观锁适用于多读的应用场景，这样可以提高吞吐量，想数据库提供的类似write_condition机制，其实都是提供的乐观锁。在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的院子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式CAS实现的。

乐观锁的实现方式：

　　（1）使用版本表示来确定读到的数据与提交时的数据是否一致。提交后修改版本标识，不一致可以采取丢弃和再尝试的策略

　　（2）java中的Compare and swap即CAS，当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试。CAS操作中包含三个操作数——需要读写的内存位置（V）、进行比较的预期原值（A）和拟写入的新值（B）。如果内存位置V的值与预期原值A相匹配，那么处理器会自动将该值更新为新值B。否则处理器不做任何操作。

CAS缺点：

　　（1）ABA问题：比如说一个线程one从内存位置V取出A，这时候另一个线程two也从内存中取出A，并且two进行了一些操作变成了B，然后two又将V位置的数据变成了A，这时候线程one进行CAS操作发现内存中仍然是A，然后one操作成功。尽管线程one的CAS操作成功，但可能存在潜藏的问题。从Java1.5开始JDK的atomic包里提供了一个雷AtomicStampedReference来解决ABA问题

　　（2）循环时间长开销大：对于资源竞争严重（线程冲突严重）的情况，CAS自旋的概率会比较大，从而浪费更多的CPU资源，效率低于synchronized

　　（3）只能保证一个共享变量的原子操作：当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环CAS的方式来保证原子操作，但是对多个共享变量从操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性，这个时候就可以用锁。

13、SynchronizedMap和ConcurrentHashMap有什么区别？

SynchronizedMap使用同步代码块来保证线程安全，锁为当前对象。

ConcurrentHashMap使用分段锁来保证多线程的性能。

ConcurrentHashMap中则是一次锁住一个桶。ConcurrentHashMap默认将hash表分为16个桶，诸如get，put，remove等常用操作值锁当前需要用到的桶。这样，原来只能一个线程进入，现在却能16个写线程执行，并发性能的提升显而易见。

另外ConcurrentHashMap使用了一种不同的迭代方式。在这种迭代方式中，当iterator被创建后集合再发生改变就不再抛出ConcurrentModificationException，取而代之的是在改变时new新的数据从而不影响原有数据，iterator完成后再将头指针替换为新的数据，这样iterator线程可以使用原来老的数据，而写线程也可以并发的完成改变

14、CopyOnWriteArrayList的应用场景

CopyOnWriteArrayList（免锁容器）的好处之一是当多个迭代器同时遍历和修改这个列表时，不会跑出ConcurrentModificationException。

在CopyOnWriteArrayList中，写入将导致创建整个底层数组的副本，而源数组将保留在原地，使得复制的数组在被修改时，读取操作可以安全地执行。

　　（1）由于写操作的时候，需要拷贝数组，会消耗内存，如果原数组的内容比较多的情况下，可能导致young gc或者full gc；

　　（2）不能用于实时读的场景，像拷贝数组、新增元素都需要时间，所以调用一个set操作后，读取到数据可能还是旧的，虽然CopyOnWriteArrayList能做到最终一致性，但是还是没法满足实时性要求；

CopyOnWriteArrayList透露的思想：读写分离；最终一致性；使用另外开辟空间的思路，来解决并发冲突

15、什么叫线程安全？servlet是线程安全吗？

线程安全指某个函数、函数库在多线程环境中被调用时，能够正确地处理多个线程之间的共享变量，使程序功能正确完成。

Servlet不是线程安全的，servlet使单例多线程的，当多个线程同时访问同一个方法，是不能保证共享变量的线程安全性的。

16、volatile有什么用？应用场景

volatile保证内存可见性和禁止指令重排序

volatile用于多线程下的单次操作（单次读或者单次写）

五种应用场景：状态标志、一次性安全发布、独立观察、volatile bean模式、开销较低的读-写锁策略（参考：https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp06197.html）

17、为什么代码会重排序

在执行程序时，为了提供性能，处理器和编译器常常会对指令进行重排序，但是不能随意重排序，需要满足以下两个条件：

（1）在单线程环境下不能改变程序运行结果

（2）存在数据以来关系的不允许重排序

需要注意的是：重排序不会影响单线程环境的执行结果，但是会破坏多线程的执行语义

18、一个线程运行时发生异常会怎么样？

如果异常没有捕获，该线程会停止执行

Thread.UncaughtExceptionHandler是用来处理未捕获异常造成线程突然中断情况的一个内嵌借口。当一个未捕获异常将造成线程中断的时候，JVM会使用Thread.getUncaughtExceptionHandler()来查询线程的UncaughtExceptionHandler病将线程和异常作为参数传递给handler的uncaughtException()方法进行处理

19、为什么wait，notify和notifyAll这些方法不在Thread类，而在Object类？

一个很明显的原因就是Java提供的锁是对象锁，而不是线程级的，每个对象都有锁，通过线程获得。由于wait、notify、notifyAll都是锁级别的操作，所以把他们定义在Object类中，因为锁属于对象

20、什么是ThreadLocal变量？

ThreadLocal称为线程变量，每个线程都有一个ThreadLocal就是每个线程都有自己的独立变量，竞争条件被消除了。它是为创建代价高昂的对象获取线程安全的好方法，比如你可以用ThreadLocal让SimpleDataFormat变成线程安全的，因为那个类创建代价高昂且每次调用都需要创建不同的实例所以不值得在局部范围使用它，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可变性的情况下获得了线程安全。

ThreadLocal比较核心是ThreadLocalMap，作为存储的容器，key为当前线程，value为值，所以通过get方法或去ThreadLocalMap中获取当前线程对应key的value

21、怎么检测一个线程是否拥有锁？

java.lang.Thread中有一个方法holdsLock(Object obj)，它返回true如果当且仅当当前线程拥有某个具体锁对象

22、如何在Java中获取线程堆栈？

kill -3 [java pid]

　　不会再当前中断输出，它会输出到代码执行的或指定的地方去。比如，kill -3 tomcat pid，输出堆栈到log目录下

Jstack [java pid]

　　这个比较简单，在当前终端显示，也可以重定向到指定文件中。

JvisualVM

　　Thread Dump，打开后都是界面操作

23、JVM中关于线程的参数

-Xss：每个线程的栈大小

24、ConcurrentHashMap的并发度是什么？

ConcurrentHashMap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ConcurrentHashMap类构造函数的一个可选参数，默认值16，这样在多线程情况下就能避免争用。

在JDK8之后，它摒弃了Segment（锁段）的概念，而是启用了一种全新的方式实现，利用CAS算法。同时加入了更多的辅助变量来提高并发度。

25、Java中Semaphore是什么？

Java中Semaphore是一种新的同步类，它是一个计数信号。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，Semaphore只对可用许可的号码进行计数，并采用相应的行动。信号量常常用于多线程的代码中，比如数据库连接池

26、线程池的submit()和execute()方法有什么区别

两个方法都可以向线程池提交任务，execute方法返回值为void，它定义在Executor接口中。

submit方法可以返回持有计算结果的Future对象，它定义在ExecutorService接口中，它扩展了Executor接口

27、什么是阻塞式方法？

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。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

28、volatile变量和atomic变量有什么不同？

Volatile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count变量那么 count++ 操作就不是原子性的。

而AtomicInteger类提供的atomic方法可以让这种操作具有原子性如getAndIncrement()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。

29、你对线程优先级的理解是什么？

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。

java的线程优先级调度会委托给操作系统去处理，所以与具体的操作系统优先级有关，如非特别需要，一般无需设置线程优先级。

30、如何确保main()方法所在的线程是java程序最后结束的线程？

就是让main方法等待其他线程完成在结束，最简单的我们可以使用Thread类的join()方法来确保所有程序创建的线程在main()方法退出前结束。

其次可以使用CountDownLatch，CyclicBarrier等来阻塞main线程

31、线程之间是如何通信的？

object类的wait()，notify()，notifyAll()，Condition接口的await()，signal()，signalAll()

32、同步方法和同步块，哪个是更好的选择？

同步块，因为他不会锁住整个对象（当然你可以让他锁住整个对象）。同步方法会锁住整个对象。

同步块更符合开放调用的原则，只在需要锁定的代码块锁住相应的对象，这样从侧面也可以避免死锁。同步原则，范围越小越好，提高效率

33、如何创建守护线程？

使用Thread类的setDaemon(true)方法可以将线程设置为守护线程，需要注意的是，需要在调用start()方法前调用这个方法，否则会抛出IllegalThreadStateException异常。

34、什么是Java Timer类？如何创建一个有特定时间间隔的任务？

java.util.Timer是一个工具类，可以用于安排一个线程在未来的某个特定时间执行。Timer类可以用安排一次性任务或者周期任务。

java.util.TimerTask算是一个实现了Runnable接口的抽象类，我们需要去继承这个类来创建我们自己的定时任务并使用Timer去安排它执行。

 35、《阿里巴巴开发手册》为什么要禁用Executors的方式创建线程池？

可以参照java并发编程：线程池-Executors的分析

总结就是：

FixedThreadPool和SingleThreadExecutor两者允许的请求队列长度为Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而引起OOM异常

CachedThreadPool则允许创建的线程数为Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量的线程，从而引起OOM异常

所以阿里巴巴开发手册禁用Executors的方式创建线程池，推荐自己创建ThreadPoolExecutor的原因

参考：https://juejin.im/post/5dc41c165188257bad4d9e69