【Java面试知识】多线程与并发库
什么是线程池（thread pool）
在面向对象编程中，创建和销毁对象是很费时间的，因为创建一个对象要获取内存资源或者其它更多资源。在Java中更是如此，虚拟机将试图跟踪每一个对象，以便能够在对象销毁后进行垃圾回收。所以提高服务程序效率的一个手段就是尽可能减少创建和销毁对象的次数，特别是一些很耗资源的对象创建和销毁，这就是”池化资源”技术产生的原因。线程池顾名思义就是事先创建若干个可执行的线程放入一个池（容器）中，需要的时候从池中获取线程不用自行创建，使用完毕不需要销毁线程而是放回池中，从而减少创建和销毁线程对象的开销。
什么是线程池（thread pool）？
答：在面向对象编程中，创建和销毁对象是很费时间的，因为创建一个对象要获取内存资源或者其它更多资源。在Java中更是如此，虚拟机将试图跟踪每一个对象，以便能够在对象销毁后进行垃圾回收。所以提高服务程序效率的一个手段就是尽可能减少创建和销毁对象的次数，特别是一些很耗资源的对象创建和销毁，这就是”池化资源”技术产生的原因。线程池顾名思义就是事先创建若干个可执行的线程放入一个池（容器）中，需要的时候从池中获取线程不用自行创建，使用完毕不需要销毁线程而是放回池中，从而减少创建和销毁线程对象的开销。
Java 5+中的Executor接口定义一个执行线程的工具。它的子类型即线程池接口是ExecutorService。要配置一个线程池是比较复杂的，尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下，因此在工具类Executors面提供了一些静态工厂方法，生成一些常用的线程池，如下所示：
newSingleThreadExecutor：创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。
newFixedThreadPool：创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。
newCachedThreadPool：创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，那么就会回收部分空闲（60秒不执行任务）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小。
newScheduledThreadPool：创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。
- newSingleThreadExecutor：创建一个单线程的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。
如果希望在服务器上使用线程池，强烈建议使用newFixedThreadPool方法来创建线程池，这样能获得更好的性能。
线程池里的Queue的作用
怎么保证线程安全？有几种安全机制？区别是什么？在性能上有什么区别吗？为什么有这样的区别？（ 多线程下有什么同步措施）
参考
创建线程的方式有哪些？它们有什么区别？
有4种方式可以用来创建线程：
- 继承Thread类
- 实现Runnable接口
- 实现Callable接口
- 应用程序可以使用Executor框架来创建线程池
实现Runnable接口这种方式更受欢迎，因为这不需要继承Thread类。在应用设计中已经继承了别的对象的情况下，这需要多继承（而Java不支持多继承），只能实现接口。同时，线程池也是非常高效的，很容易实现和使用。
线程的几种可用状态
新建( new )：新创建了一个线程对象。
可运行( runnable )-就绪：线程对象创建后，其他线程(比如 main 线程）调用了该对象 的 start ()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，等待被线程调度选中，获 取 cpu 的使用权 。
运行( running )：可运行状态( runnable )的线程获得了 cpu 时间片（ timeslice ） ，执行程序代码。
阻塞( block )：阻塞状态是指线程因为某种原因放弃了 cpu 使用权，也即让出了 cpu timeslice ，暂时停止运行。直到线程进入可运行( runnable )状态，才有 机会再次获得 cpu timeslice 转到运行( running )状态。
死亡( dead )：线程 run ()、 main () 方法执行结束，或者因异常退出了 run ()方法，则该线程结束生命周期。死亡的线程不可再次复生。
阻塞的情况分三种：
(一). 等待阻塞：运行( running )的线程执行 o . wait ()方法， JVM 会把该线程放 入等待队列( waitting queue )中。
(二). 同步阻塞：运行( running )的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁 被别的线程占用，则 JVM 会把该线程放入锁池( lock pool )中。
(三). 其他阻塞: 运行( running )的线程执行 Thread . sleep ( long ms )或 t . join ()方法，或者发出了 I / O 请求时， JVM 会把该线程置为阻塞状态。 当 sleep ()状态超时、 join ()等待线程终止或者超时、或者 I / O 处理完毕时，线程重新转入可运行( runnable )状态。
概括的解释下线程的几种可用状态。
线程在执行过程中，可以处于下面几种状态：
就绪(Runnable):线程准备运行，不一定立马就能开始执行。
运行中(Running)：进程正在执行线程的代码。
等待中(Waiting):线程处于阻塞的状态，等待外部的处理结束。
睡眠中(Sleeping)：线程被强制睡眠。
I/O阻塞(Blocked on I/O)：等待I/O操作完成。
同步阻塞(Blocked on Synchronization)：等待获取锁。
死亡(Dead)：线程完成了执行。
对ThreadLocal的理解
什么是线程局部变量
线程局部变量是局限于线程内部的变量，属于线程自身所有，不在多个线程间共享。
Java 提供 ThreadLocal 类来支持线程局部变量，是一种实现线程安全的方式。
但是在管理环境下（如 web 服务器）使用线程局部变量的时候要特别小心，在这种情况下，工作线程的生命周期比任何应用变量的生命周期都要长。
任何线程局部变量一旦在工作完成后没有释放，Java 应用就存在内存泄露的风险。
静态方法和普通方法同时加上synchronized有什么区别？
同步方法和同步代码块的区别是什么？
区别：
同步方法默认用this或者当前类class对象作为锁；
同步代码块可以选择以什么来加锁，比同步方法要更细颗粒度，我们可以选择只同步会发生同步问题的部分代码而不是整个方法；
同步方法使用关键字 synchronized修饰方法，而同步代码块主要是修饰需要进行同步的代码，用 synchronized（object）{代码内容}进行修饰；
悲观锁和乐观锁的理解
什么是死锁（deadlock）以及哪些情况可能会死锁
所谓死锁是指多个进程因竞争资源而造成的一种僵局（互相等待），若无外力作用，这些进程都将无法向前推进。
死锁产生的4个必要条件：
互斥条件：进程要求对所分配的资源（如打印机）进行排他性控制，即在一段时间内某 资源仅为一个进程所占有。此时若有其他进程请求该资源，则请求进程只能等待。
不剥夺条件：进程所获得的资源在未使用完毕之前，不能被其他进程强行夺走，即只能 由获得该资源的进程自己来释放（只能是主动释放)。
请求和保持条件：进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源 已被其他进程占有，此时请求进程被阻塞，但对自己已获得的资源保持不放。
循环等待条件：存在一种进程资源的循环等待链，链中每一个进程已获得的资源同时被 链中下一个进程所请求。
进程和线程最大的区别
进程是执行着的应用程序，而线程是进程内部的一个执行序列。
一个进程可以有多个线程。线程又叫做轻量级进程。
线程的划分小于进程，线程隶属于某个进程。
进程是程序的一种动态形式，是CPU、内存等资源占用的基本单位，而线程是不能占有这些资源的。
进程之间相互独立，通信比较困难，而线程之间共享一块内存区域，通信比较方便。
进程在执行的过程中，包含比较固定的入口，执行顺序，出口，而线程的这些过程会被应用程序所控制
在监视器(Monitor)内部，是如何做线程同步的？程序应该做哪种级别的同步？
监视器和锁在Java虚拟机中是一块使用的。监视器监视一块同步代码块，确保一次只有一个线程执行同步代码块。
每一个监视器都和一个对象引用相关联。线程在获取锁之前不允许执行同步代码。
如何确保N个线程可以访问N个资源同时又不导致死锁？
使用多线程的时候，一种非常简单的避免死锁的方式就是：
指定获取锁的顺序，并强制线程按照指定的顺序获取锁。因此，如果所有的线程都是以同样的顺序加锁和释放锁，就不会出现死锁了。
Thread类的sleep()方法和对象的wait()方法都可以让线程暂停执行，它们有什么区别?
答：sleep()方法（休眠）是线程类（Thread）的静态方法，调用此方法会让当前线程暂停执行指定的时间，将执行机会（CPU）让给其他线程，但是对象的锁依然保持，因此休眠时间结束后会自动恢复（线程回到就绪状态，请参考第66题中的线程状态转换图）。wait()是Object类的方法，调用对象的wait()方法导致当前线程放弃对象的锁（线程暂停执行），进入对象的等待池（wait pool），只有调用对象的notify()方法（或notifyAll()方法）时才能唤醒等待池中的线程进入等锁池（lock pool），如果线程重新获得对象的锁就可以进入就绪状态。
补充：可能不少人对什么是进程，什么是线程还比较模糊，对于为什么需要多线程编程也不是特别理解。简单的说：进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是操作系统进行资源分配和调度的一个独立单位；线程是进程的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位，是比进程更小的能独立运行的基本单位。线程的划分尺度小于进程，这使得多线程程序的并发性高；进程在执行时通常拥有独立的内存单元，而线程之间可以共享内存。使用多线程的编程通常能够带来更好的性能和用户体验，但是多线程的程序对于其他程序是不友好的，因为它可能占用了更多的CPU资源。当然，也不是线程越多，程序的性能就越好，因为线程之间的调度和切换也会浪费CPU时间。时下很时髦的Node.js就采用了单线程异步I/O的工作模式。
线程的sleep()方法和yield()方法有什么区别？
答：
① sleep()方法给其他线程运行机会时不考虑线程的优先级，因此会给低优先级的线程以运行的机会；yield()方法只会给相同优先级或更高优先级的线程以运行的机会；
② 线程执行sleep()方法后转入阻塞（blocked）状态，而执行yield()方法后转入就绪（ready）状态；
③ sleep()方法声明抛出InterruptedException，而yield()方法没有声明任何异常；
④ sleep()方法比yield()方法（跟操作系统CPU调度相关）具有更好的可移植性。
Java 中 sleep 方法和 wait 方法的区别？
虽然两者都是用来暂停当前运行的线程，但是 sleep() 实际上只是短暂停顿，因为它不会释放锁，而 wait() 意味着条件等待，这就是为什么该方法要释放锁，因为只有这样，其他等待的线程才能在满足条件时获取到该锁。
并发中的几个概念
临界资源：并发环境中有着固定数量的资源
互斥：对资源的访问是排他式的
饥饿：一个或一组线程长时间或永远无法取得进展
死锁：两个或多个线程相互等待对方结束
活锁：想要执行的线程总是发现其他的线程正在执行以至于长时间或永远无法执行
进程和线程的区别是什么？
进程是执行着的应用程序，而线程是进程内部的一个执行序列。
一个进程可以有多个线程。线程又叫做轻量级进程。
什么是死锁(deadlock)？
两个进程都在等待对方执行完毕才能继续往下执行的时候就发生了死锁。结果就是两个进程都陷入了无限的等待中。
同步方法和同步代码块的区别是什么？
在Java语言中，每一个对象有一把锁。线程可以使用synchronized关键字来获取对象上的锁。synchronized关键字可应用在方法级别(粗粒度锁)或者是代码块级别(细粒度锁)。
同步方法可以获得默认的锁，就是当前对象 this；
同步代码块需要显示地指定锁对象。
volatile 类型变量提供什么保证
volatile 变量提供顺序和可见性保证，例如，JVM 或者 JIT为了获得更好的性能会对语句重排序，但是 volatile 类型变量即使在没有同步块的情况下赋值也不会与其他语句重排序。 volatile 提供 happens-before 的保证，确保一个线程的修改能对其他线程是可见的。
某些情况下，volatile 还能提供原子性，如读 64 位数据类型，像 long 和 double 都不是原子的，但 volatile 类型的 double 和 long 就是原子的。
你是如何调用 wait（）方法的？使用 if 块还是循环？为什么？(答案)
wait() 方法应该在循环调用，因为当线程获取到 CPU 开始执行的时候，其他条件可能还没有满足，所以在处理前，循环检测条件是否满足会更好。下面是一段标准的使用 wait 和 notify 方法的代码：
// The standard idiom for using the wait method
synchronized (obj) {
while (condition does not hold)
obj.wait(); // (Releases lock, and reacquires on wakeup)
... // Perform action appropriate to condition
}参见 Effective Java 第 69 条，获取更多关于为什么应该在循环中来调用 wait 方法的内容。
什么是多线程环境下的伪共享（false sharing）？
伪共享是多线程系统（每个处理器有自己的局部缓存）中一个众所周知的性能问题。伪共享发生在不同处理器的上的线程对变量的修改依赖于相同的缓存行
（系统的主内存和cpu的本地内存）
用 Java 写一个线程安全的单例模式（Singleton）？
请参考答案中的示例代码，这里面一步一步教你创建一个线程安全的 Java 单例类。当我们说线程安全时，意思是即使初始化是在多线程环境中，仍然能保证单个实例。
Java 中，使用枚举作为单例类是最简单的方式来创建线程安全单例模式的方式。