Java并发编程最全面试题（三万字推荐）

Java并发编程最全面试题

一、线程基础

1.1 线程创建方式

1.1.1 继承Thread类

• 定义Thread类的子类，并重写该类的run()方法，该方法的方法体就是线程需要完成的任务，run()方法也称为线程执行体。

• 创建Thread子类的实例，也就是创建了线程对象

• 启动线程，即调用线程的start()方法

public class MyThread extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run()方法正在执行...");
    }

}

public class TheadTest {

    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread(); 	
        myThread.start();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " main()方法执行结束");
    }

}

运行结果：

main main()方法执行结束
Thread-0 run()方法正在执行...

1.1.2 实现Runnable接口

• 定义Runnable接口的实现类，一样要重写run()方法，这个run（）方法和Thread中的run()方法一样是线程的执行体

• 创建Runnable实现类的实例，并用这个实例作为Thread的target来创建Thread对象，这个Thread对象才是真正的线程对象

• 第三步依然是通过调用线程对象的start()方法来启动线程

public class MyRunnable implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run()方法执行中...");
    }

}

public class RunnableTest {

    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
        Thread thread = new Thread(myRunnable);
        thread.start();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " main()方法执行完成");
    }

}

运行结果：

main main()方法执行完成
Thread-0 run()方法执行中...

1.1.3 实现Callable接口

• 创建Callable接口的实现类，并实现call()方法，然后创建该实现类的实例（从java8开始可以直接使用Lambda表达式创建Callable对象）。

• 使用FutureTask类来包装Callable对象，该FutureTask对象封装了Callable对象的call()方法的返回值

• 使用FutureTask对象作为Thread对象的target创建并启动线程（因为FutureTask实现了Runnable接口）

• 调用FutureTask对象的get()方法来获得子线程执行结束后的返回值

public class MyCallable implements Callable<Integer> {

    @Override
    public Integer call() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " call()方法执行中...");
        return 1;
    }

}

public class CallableTest {

    public static void main(String[] args) {
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(new MyCallable());
        Thread thread = new Thread(futureTask);
        thread.start();

        try {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("返回结果 " + futureTask.get());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " main()方法执行完成");
    }

}

运行结果：

Thread-0 call()方法执行中...
返回结果 1
main main()方法执行完成

1.1.4 使用Executors工具类创建线程池

Executors提供了一系列工厂方法用于创先线程池，返回的线程池都实现了ExecutorService接口。

主要有newFixedThreadPool，newCachedThreadPool，newSingleThreadExecutor，newScheduledThreadPool，后续详细介绍这四种线程池

public class MyRunnable implements Runnable {

   @Override
   public void run() {
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run()方法执行中...");
   }

}

public class SingleThreadExecutorTest {

   public static void main(String[] args) {
       ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
       MyRunnable runnableTest = new MyRunnable();
       for (int i = 0; i < 5; i++) {
           executorService.execute(runnableTest);
       }

       System.out.println("线程任务开始执行");
       executorService.shutdown();
   }

}

运行结果：

线程任务开始执行
pool-1-thread-1 is running...
pool-1-thread-1 is running...
pool-1-thread-1 is running...
pool-1-thread-1 is running...
pool-1-thread-1 is running...

1.2 线程的生命周期

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1、新建状态(New):新创建了一个线程对象。

2、就绪状态(Runnable):线程对象创建后，其他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，变得可运行，只等待获取CPU的使用权。即在就绪状态的进程除CPU之外，其它的运行所需资源都已全部获得。

3、运行状态(Running):就绪状态的线程获取了CPu，执行程序代码。

4、阻塞状态(Blocked):阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。

阻塞的情况分三种:

(1)、等待阻塞:运行的线程执行wait()方法，该线程会释放占用的所有资源，JVM会把该线程放入“等待池"中。进入这个状态后，是不能自动唤醒的，必须依靠其他线程调用notify()或notifyAll()方法才能被唤醒，

(2)、同步阻塞:运行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”中。

(3)、其他阻塞:运行的线程执行sleep()或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Io 处理完毕时，线程重新转入就绪状态。

5、死亡状态(Dead):线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

线程创建之后它将处于 NEW（新建） 状态，调⽤ start() ⽅法后开始运⾏，线程 这时候处于 READY（可运⾏） 状态。可运⾏状态的线程获得了 CPU 时间⽚（timeslice）后就处于 RUNNING（运⾏） 状态。

过程：

当线程执⾏ wait() ⽅法之后，线程进⼊ WAITING（等待） 状态。进⼊等待状态的线程需要依靠其他 线程的通知才能够返回到运⾏状态，⽽ TIME_WAITING(超时等待) 状态相当于在等待状态的基础上增加 了超时限制，⽐如通过 sleep（long millis） ⽅法或 wait（long millis） ⽅法可以将 Java 线程置 于 TIMED WAITING 状态。当超时时间到达后 Java 线程将会返回到 RUNNABLE 状态。当线程调⽤同步 ⽅法时，在没有获取到锁的情况下，线程将会进⼊到 BLOCKED（阻塞） 状态。线程在执⾏ Runnable 的 run() ⽅法之后将会进⼊到 TERMINATED（终⽌） 状态

1.3 线程的交互

1、wait():

​ 使一个线程处于等待状态，并且释放所持有的对象的 lock。

2、sleep():

​ 使一个正在运行的线程处于睡眠状态，是一个静态方法，调用此方法要捕捉InterruptedException异常。

3、notify():

​ 唤醒一个处于等待状态的线程，注意的是在调用此方法的时候，并不能确切的唤醒某一个等待状态的线程，而是由JVM确定唤醒哪个线程，而且不是按优先级。

4、notityAlI():

​ 唤醒所有处入等待状态的线程，注意并不是给所有唤醒线程一个对象的锁，而是让它们竞争。

5、join():

​ t.join()方法只会使主线程(或者说调用t.join()的线程)进入等待池并等待t线程执行完毕后才会被唤醒。并不影响同一时刻处在运行状态的其他线程。

6、yeild():

​ 让当前运行线程回到可运行状态，以允许具有相同优先级的其 他线程获得运行机会

1.4 并行与并发的区别

• 并发：多个任务在同一个 CPU 核上，按细分的时间片轮流(交替)执行，从逻辑上来看那些任务是同时执行。
• 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。由于任务、方法都在一个线程执行所以不存在线程不安全情况，也就不存在临界区的问题。

1.5 线程和进程的区别

1.5.1 线程和进程

进程

一个在内存中运行的应用程序。每个进程都有自己独立的一块内存空间，一个进程可以有多个线程，比如在Windows系统中，一个运行的xx.exe就是一个进程。

线程

进程中的一个执行任务（控制单元），负责当前进程中程序的执行。一个进程至少有一个线程，一个进程可以运行多个线程，多个线程可共享数据。

1.5.2 线程和进程的区别

线程具有许多传统进程所具有的特征，故又称为轻型进程(Light—Weight Process)或进程元；而把传统的进程称为重型进程(Heavy—Weight Process)，它相当于只有一个线程的任务。在引入了线程的操作系统中，通常一个进程都有若干个线程，至少包含一个线程。

根本区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是处理器任务调度和执行的基本单位

资源开销：每个进程都有独立的代码和数据空间（程序上下文），程序之间的切换会有较大的开销；线程可以看做轻量级的进程，同一类线程共享代码和数据空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器（PC），线程之间切换的开销小。

包含关系：如果一个进程内有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线（线程）共同完成的；线程是进程的一部分，所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。

内存分配：同一进程的线程共享本进程的地址空间和资源，而进程之间的地址空间和资源是相互独立的

影响关系：一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。

执行过程：每个独立的进程有程序运行的入口、顺序执行序列和程序出口。但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制，两者均可并发执行

1.6 守护线程和用户线程

• 用户 (User) 线程：运行在前台，执行具体的任务，如程序的主线程、连接网络的子线程等都是用户线程
• 守护 (Daemon) 线程：运行在后台，为其他前台线程服务。也可以说守护线程是 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

1.7 线程安全Synchronized Lock

概念：

​ 如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

实现线程安全有几种方式：

1、使用同步代码块Synchronized

2、使用同步方法

synchronized关键字，就是用来控制线程同步的，保证我们的线程在多线程环境下，不被多个线程同时执行，确保我们数据的完整性,。可重入，修饰（class、obj、代码块）。
**可重入：**一个函数被重入，表示这个函数没有执行完成，但由于外部因素或内部因素，又一次进入该函数执行。一个函数称为可重入的，表明该函数被重入之后不会产生任何不良后果。可重入是并发安全的强力保障，一个可重入的函数可以在多线程环境下放心使用

3、使用ReentrantLock

ReentrantReadWriteLock是Lock的另一种实现方式，我们已经知道了ReentrantLock是一个排他锁，同一时间只允许一个线程访问，而ReentrantReadWriteLock允许多个读线程同时访问，但不允许写线程和读线程、写线程和写线程同时访问。相对于排他锁，提高了并发性。
ReentrantLock也是通过互斥来实现同步。在基本用法上，ReentrantLock与synchronized很相似，他们都具备一样的线程重入特性。

1.8 线程死锁

概念：

​ 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。由于线程被⽆限期地阻塞，因此程序不可能正常终⽌。 ，线程 A 持有资源 2，线程 B 持有资源 1，他们同时都想申请对⽅的资源，所以这两个线 程就会互相等待⽽进⼊死锁状态。

排查死锁：

​ 1、使用jps排查死锁，jdk提供的一个工具，可以查看正在运行的java进程
​ 2、使用jstack排查死锁，jdk提供的一个工具，可以查看java进程中线程堆栈信息
​ 3、使用jsconsole排查死锁，jdk提供的一个可视化工具，方便排查程序的一些问题：程序内存溢出，死锁等
​ 4、使用VisualVM排查死锁，jdk提供的一个非常强大的排查java程序问题的一个工具，可以监控程序的性能，查看jvm配置信息，堆快照，线程堆栈信息。

产生死锁的条件（四个）：
​ 1.资源互斥/资源不共享
​ 2.占有和等待/请求并保持
​ 3.资源不可剥夺
​ 4.环路等待
防止死锁的方法：
破坏死锁产生的四个必要条件之一就行，但是开销太大，目前是避免死锁而不是防止死锁
避免死锁：
​ 1、判断系统安全状态法
​ 2、银行家算法
死锁的解除：
​ 1、资源剥夺法：挂起某些死锁进程，并抢占他们的资源，将这些资源分配给其他的死锁进程
​ 2、撤销进程法：强制撤销部分，甚至全部死锁进程，并剥夺这些进程资源
​ 3、进程回退法：让一（多）个进程回退到足以回避死锁的地步，进程回退是自愿释放资源而不是剥夺。

public class DeadLock{
​ static Object o1 = new Object();
​ static Object o2 = new Object();

public static void main(String[] args) {
   new Thread(new Runnable() {
       public void run() {
           synchronized (o1) {
               System.out.println("线程1锁o1");
               try {
                   Thread.sleep(1000);//让当前线程睡眠，保证让另一线程得到o2，防止这个线程启动一下连续获得o1和o2两个对象的锁。
                   synchronized (o2) {
                       System.out.println("线程1锁o2");
                   }
               } catch (InterruptedException e) {                 
                   e.printStackTrace();
               }
           }
       }
   }).start();

   new Thread(new Runnable() {
       public void run() {
           synchronized (o2) {
               System.out.println("线程2锁o2");
               synchronized (o1) {
                   System.out.println("线程2锁o1");
               }
           }
       }
   }).start();
}
}

1.9 线程的run()和start()方法

​ 每个线程都是通过某个特定Thread对象所对应的方法run()来完成其操作的，run()方法称为线程体。通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程。

​ start() 方法用于启动线程，run() 方法用于执行线程的运行时代码。run() 可以重复调用，而 start() 只能调用一次。

​ start()方法来启动一个线程，真正实现了多线程运行。调用start()方法无需等待run方法体代码执行完毕，可以直接继续执行其他的代码； 此时线程是处于就绪状态，并没有运行。 然后通过此Thread类调用方法run()来完成其运行状态， run()方法运行结束， 此线程终止。然后CPU再调度其它线程。

​ run()方法是在本线程里的，只是线程里的一个函数，而不是多线程的。 如果直接调用run()，其实就相当于是调用了一个普通函数而已，直接待用run()方法必须等待run()方法执行完毕才能执行下面的代码，所以执行路径还是只有一条，根本就没有线程的特征，所以在多线程执行时要使用start()方法而不是run()方法。

当我们调用start()方法时会执行run()方法，为什么不能直接调用run()方法？

​ new 一个 Thread，线程进入了新建状态。调用 start() 方法，会启动一个线程并使线程进入了就绪状态，当分配到时间片后就可以开始运行了。 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，所以这并不是多线程工作。

总结： 调用 start 方法方可启动线程并使线程进入就绪状态，而 run 方法只是 thread 的一个普通方法调用，还是在主线程里执行。

1.10 runnable和callable、Future

runnable和callable区别

• 相同点

​ 都是接口

​ 都可以编写多线程程序

​ 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配合可以用来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，可以获取异常信息
注：Callalbe接口支持返回执行结果，需要调用FutureTask.get()得到，此方法会阻塞主进程的继续往下执行，如果不调用不会阻塞。

Callable 接口类似于 Runnable，从名字就可以看出来了，但是 Runnable 不会返回结果，并且无法抛出返回结果的异常，而 Callable 功能更强大一些，被线程执行后，可以返回值，这个返回值可以被 Future 拿到，也就是说，Future 可以拿到异步执行任务的返回值。

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。所以说 Callable用于产生结果，Future 用于获取结果。

1.11 什么是FutureTask

FutureTask 表示一个异步运算的任务。FutureTask 里面可以传入一个 Callable 的具体实现类，可以对这个异步运算的任务的结果进行等待获取、判断是否已经完成、取消任务等操作。只有当运算完成的时候结果才能取回，如果运算尚未完成 get 方法将会阻塞。一个 FutureTask 对象可以对调用了 Callable 和 Runnable 的对象进行包装，由于 FutureTask 也是Runnable 接口的实现类，所以 FutureTask 也可以放入线程池中。

1.12 线程的调度策略

线程调度器选择优先级最高的线程运行，但是，如果发生以下情况，就会终止线程的运行：

（1）线程体中调用了 yield 方法让出了对 cpu 的占用权利

（2）线程体中调用了 sleep 方法使线程进入睡眠状态

（3）线程由于 IO 操作受到阻塞

（4）另外一个更高优先级线程出现

（5）在支持时间片的系统中，该线程的时间片用完

1.13 线程的拒接策略

四种拒接策略

等待队列已经排满了，再也塞不下新任务，同时线程池中线程也已经达到maximumPoolSize数量，无法继续为新任务服务，这个时候就需要使用拒绝策略来处理。

RejectedExecutionHandler rejected = null;

rejected = new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy();//默认，队列满了丢任务抛出异常,直接抛出RejectedExecutionException异常阻止系统正常运行。

rejected = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();//队列满了丢任务不异常,直接丢弃任务，不予任何处理也不抛出异常。如果允许任务丢失，这是最好的一种方案。

rejected = new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy();//将最早进入队列的任务删除之后再尝试加入队列，抛弃队列中等待最久的任务，然后把当前任务加入队列中尝试再次提交当前任务。

rejected = new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy();//如果添加到线程池失败，那么主线程会自己去执行该任务,调用者运行"一种调节机制，该策略既不会丢弃任务，也不会抛出异常，而是将某些任务回退给调用者，从而降低新任务的流量。

1.14 线程池的7个参数的含义

1、corePoolSize，线程池里最小线程数
2、maximumPoolSize、线程池里最大线程数量，超过最大线程时候会使用RejectedExecutionHandle
3、keepAliveTime，线程最大的存活时间

4、unit 空闲线程存活时间单位

5、workerQueue，缓存异步任务的队列
6、threadFactory，用来构造线程池里的worker线程

7、handler 拒绝策略

1.15 java中用到的线程调度算法

计算机通常只有一个 CPU，在任意时刻只能执行一条机器指令，每个线程只有获得CPU 的使用权才能执行指令。所谓多线程的并发运行，其实是指从宏观上看，各个线程轮流获得 CPU 的使用权，分别执行各自的任务。在运行池中，会有多个处于就绪状态的线程在等待 CPU，JAVA 虚拟机的一项任务就是负责线程的调度，线程调度是指按照特定机制为多个线程分配 CPU 的使用权。

有两种调度模型：分时调度模型和抢占式调度模型。

分时调度模型是指让所有的线程轮流获得 cpu 的使用权，并且平均分配每个线程占用的 CPU 的时间片这个也比较好理解。

Java虚拟机采用抢占式调度模型，是指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。

1.16 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，它负责为 Runnable 状态的线程分配 CPU 时间。一旦我们创建一个线程并启动它，它的执行便依赖于线程调度器的实现。

时间分片是指将可用的 CPU 时间分配给可用的 Runnable 线程的过程。分配 CPU 时间可以基于线程优先级或者线程等待的时间。

线程调度并不受到 Java 虚拟机控制，所以由应用程序来控制它是更好的选择（也就是说不要让你的程序依赖于线程的优先级）。

1.17 sleep()和wait()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 通常被用于线程间交互/通信，sleep 通常被用于暂停执行。
• 用法不同：wait() 方法被调用后，线程不会自动苏醒，需要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。或者可以使用wait(long timeout)超时后线程会自动苏醒。

1.18 Thread类中的yield方法作用和sleep对比

yield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，那么接下来哪个线程会从就绪状态变成执行状态呢？可能是当前线程，也可能是其他线程，看系统的分配了。

---

Thread 类的 sleep()和 yield()方法将在当前正在执行的线程上运行。所以在其他处于等待状态的线程上调用这些方法是没有意义的。这就是为什么这些方法是静态的。它们可以在当前正在执行的线程中工作，并避免程序员错误的认为可以在其他非运行线程调用这些方法。

---

区别：

（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，通常不建议使用yield()方法来控制并发线程的执行。

1.19 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：

1. 使用退出标志，使线程正常退出，也就是当run方法完成后线程终止。
2. 使用stop方法强行终止，但是不推荐这个方法，因为stop和suspend及resume一样都是过期作废的方法。
3. 使用interrupt方法中断线程。

1.20 java中interrupted和isInterrupted区别

interrupt：用于中断线程。调用该方法的线程的状态为将被置为”中断”状态。

注意：线程中断仅仅是置线程的中断状态位，不会停止线程。需要用户自己去监视线程的状态为并做处理。支持线程中断的方法（也就是线程中断后会抛出interruptedException 的方法）就是在监视线程的中断状态，一旦线程的中断状态被置为“中断状态”，就会抛出中断异常。

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：查看当前中断信号是true还是false

1.21 notify()和notifyAll()区别

如果线程调用了对象的 wait()方法，那么线程便会处于该对象的等待池中，等待池中的线程不会去竞争该对象的锁。

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，如果不成功则留在锁池等待锁被释放后再次参与竞争。而 notify()只会唤醒一个线程，具体唤醒哪一个线程由虚拟机控制。

1.22 线程同步和线程互斥

当一个线程对共享的数据进行操作时，应使之成为一个”原子操作“，即在没有完成相关操作之前，不允许其他线程打断它，否则，就会破坏数据的完整性，必然会得到错误的处理结果，这就是线程的同步。

在多线程应用中，考虑不同线程之间的数据同步和防止死锁。当两个或多个线程之间同时等待对方释放资源的时候就会形成线程之间的死锁。为了防止死锁的发生，需要通过同步来实现线程安全。

线程互斥是指对于共享的进程系统资源，在各单个线程访问时的排它性。当有若干个线程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多只允许一个线程去使用，其它要使用该资源的线程必须等待，直到占用资源者释放该资源。线程互斥可以看成是一种特殊的线程同步。

线程间的同步方法大体可分为两类：用户模式和内核模式。顾名思义，内核模式就是指利用系统内核对象的单一性来进行同步，使用时需要切换内核态与用户态，而用户模式就是不需要切换到内核态，只在用户态完成操作。

用户模式下的方法有：原子操作（例如一个单一的全局变量），临界区。内核模式下的方法有：事件，信号量，互斥量。

实现线程同步的方法

• 同步代码方法：sychronized 关键字修饰的方法

• 同步代码块：sychronized 关键字修饰的代码块

• 使用特殊变量域volatile实现线程同步：volatile关键字为域变量的访问提供了一种免锁机制

• 使用重入锁实现线程同步：reentrantlock类是可冲入、互斥、实现了lock接口的锁他与sychronized方法具有相同的基本行为和语义

1.23 在监视器(Monitor)内部，是如何做线程同步的？

在 java 虚拟机中，每个对象( Object 和 class )通过某种逻辑关联监视器,每个监视器和一个对象引用相关联，为了实现监视器的互斥功能，每个对象都关联着一把锁。

一旦方法或者代码块被 synchronized 修饰，那么这个部分就放入了监视器的监视区域，确保一次只能有一个线程执行该部分的代码，线程在获取锁之前不允许执行该部分的代码

另外 java 还提供了显式监视器( Lock )和隐式监视器( synchronized )两种锁方案

1.24 线程安全，servlet是线程安全吗

线程安全是编程中的术语，指某个方法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 是单实例多线程的，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。

Struts2 的 action 是多实例多线程的，是线程安全的，每个请求过来都会 new 一个新的 action 分配给这个请求，请求完成后销毁。

SpringMVC 的 Controller 是线程安全的吗？不是的，和 Servlet 类似的处理流程。

Struts2 好处是不用考虑线程安全问题；Servlet 和 SpringMVC 需要考虑线程安全问题，但是性能可以提升不用处理太多的 gc，可以使用 ThreadLocal 来处理多线程的问题。

1.25 线程优先级

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。

1.26 线程过多会造成什么异常

• 线程的生命周期开销非常高

• 消耗过多的 CPU

资源如果可运行的线程数量多于可用处理器的数量，那么有线程将会被闲置。大量空闲的线程会占用许多内存，给垃圾回收器带来压力，而且大量的线程在竞争 CPU资源时还将产生其他性能的开销。

• 降低稳定性JVM

在可创建线程的数量上存在一个限制，这个限制值将随着平台的不同而不同，并且承受着多个因素制约，包括 JVM 的启动参数、Thread 构造函数中请求栈的大小，以及底层操作系统对线程的限制等。如果破坏了这些限制，那么可能抛出OutOfMemoryError 异常。

二、并发

2.1 java内存模型(JMM)

Java线程之间的通信采用的是过共享内存模型，这里提到的共享内存模型指的就是Java内存模型(简称JMM)，JMM决定一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见。从抽象的角度来看，JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存（main memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（local memory），本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化。

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2.2 如果对象的引用被置为null，垃圾收集器会立即释放对象内存吗

不会，在下一个垃圾回调周期中，这个对象将是被可回收的。

也就是说并不会立即被垃圾收集器立刻回收，而是在下一次垃圾回收时才会释放其占用的内存。

2.3 finalize()方法什么时候被调用？析构函数（finalization）目的是什么

1）垃圾回收器（garbage colector）决定回收某对象时，就会运行该对象的finalize()方法；
finalize是Object类的一个方法，该方法在Object类中的声明protected void finalize() throws Throwable { }
在垃圾回收器执行时会调用被回收对象的finalize()方法，可以覆盖此方法来实现对其资源的回收。注意：一旦垃圾回收器准备释放对象占用的内存，将首先调用该对象的finalize()方法，并且下一次垃圾回收动作发生时，才真正回收对象占用的内存空间

2）GC本来就是内存回收了，应用还需要在finalization做什么呢？ 答案是大部分时候，什么都不用做(也就是不需要重载)。只有在某些很特殊的情况下，比如你调用了一些native的方法(一般是C写的)，可以要在finaliztion里去调用C的释放函数。

2.4 synchronized的作用

在 Java 中，synchronized 关键字是用来控制线程同步的，就是在多线程的环境下，控制 synchronized 代码段不被多个线程同时执行。synchronized 可以修饰类、方法、变量。

另外，在 Java 早期版本中，synchronized属于重量级锁，效率低下，因为监视器锁（monitor）是依赖于底层的操作系统的 Mutex Lock 来实现的，Java 的线程是映射到操作系统的原生线程之上的。如果要挂起或者唤醒一个线程，都需要操作系统帮忙完成，而操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到内核态，这个状态之间的转换需要相对比较长的时间，时间成本相对较高，这也是为什么早期的 synchronized 效率低的原因。庆幸的是在 Java 6 之后 Java 官方对从 JVM 层面对synchronized 较大优化，所以现在的 synchronized 锁效率也优化得很不错了。JDK1.6对锁的实现引入了大量的优化，如自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化、偏向锁、轻量级锁等技术来减少锁操作的开销。

2.5 synchronized使用

synchronized关键字最主要的三种使用方式：

• 修饰实例方法: 作用于当前对象实例加锁，进入同步代码前要获得当前对象实例的
• 修饰静态方法: 也就是给当前类加锁，会作用于类的所有对象实例，因为静态成员不属于任何一个实例对象，是类成员（ static 表明这是该类的一个静态资源，不管new了多少个对象，只有一份）。所以如果一个线程A调用一个实例对象的非静态 synchronized 方法，而线程B需要调用这个实例对象所属类的静态 synchronized 方法，是允许的，不会发生互斥现象，因为访问静态 synchronized 方法占用的锁是当前类的锁，而访问非静态 synchronized 方法占用的锁是当前实例对象锁。
• 修饰代码块: 指定加锁对象，对给定对象加锁，进入同步代码库前要获得给定对象的锁。

单例模式了解吗？来给我手写一下！给我解释一下双重检验锁方式实现单例模式的原理

双重校验锁实现对象单例（线程安全）：

public class Singleton {

   private volatile static Singleton uniqueInstance;

   private Singleton() {
   }

   public static Singleton getUniqueInstance() {
      //先判断对象是否已经实例过，没有实例化过才进入加锁代码
       if (uniqueInstance == null) {
           //类对象加锁
           synchronized (Singleton.class) {
               if (uniqueInstance == null) {
                   uniqueInstance = new Singleton();
               }
           }
       }
       return uniqueInstance;
   }
}

另外，需要注意 uniqueInstance 采用 volatile 关键字修饰也是很有必要。

uniqueInstance 采用 volatile 关键字修饰也是很有必要的， uniqueInstance = new Singleton(); 这段代码其实是分为三步执行：

• 为 uniqueInstance 分配内存空间

• 初始化 uniqueInstance

• 将 uniqueInstance 指向分配的内存地址

但是由于 JVM 具有指令重排的特性，执行顺序有可能变成 1->3->2。指令重排在单线程环境下不会出现问题，但是在多线程环境下会导致一个线程获得还没有初始化的实例。例如，线程 T1 执行了 1 和 3，此时 T2 调用 getUniqueInstance() 后发现 uniqueInstance 不为空，因此返回 uniqueInstance，但此时 uniqueInstance 还未被初始化。

使用 volatile 可以禁止 JVM 的指令重排，保证在多线程环境下也能正常运行。

2.6 synchronized实现原理

synchronized是Java中的一个关键字，在使用的过程中并没有看到显示的加锁和解锁过程。因此有必要通过javap命令，查看相应的字节码文件。

synchronized 同步语句块的情况

public class SynchronizedDemo {
   public void method() {
       synchronized (this) {
           System.out.println("synchronized 代码块");
       }
   }
}

VM规范中描述：每个对象有一个监视器锁（monitor）。

当monitor被占用时就会处于锁定状态，线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权，过程如下：

1、如果monitor的进入数为0，则该线程进入monitor，然后将进入数设置为1，该线程即为monitor的所有者。

2、如果线程已经占有该monitor，只是重新进入，则进入monitor的进入数加1.

3.如果其他线程已经占用了monitor，则该线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，再重新尝试获取monitor的所有权。

Synchronized的语义底层是通过一个monitor的对象来完成，其实wait/notify等方法也依赖于monitor对象，

这就是为什么只有在同步的块或者方法中才能调用wait/notify等方法，否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常的原因。

Synchronized是通过对象内部的一个叫做监视器锁（monitor）来实现的。

但是监视器锁本质又是依赖于底层的操作系统的互斥锁（Mutex Lock）来实现的。而操作系统实现线程之间的切换这就需要从用户态转换到核心态，这个成本非常高，状态之间的转换需要相对比较长的时间，这就是为什么Synchronized效率低的原因。

因此，这种依赖于操作系统互斥锁（Mutex Lock）所实现的锁我们称之为“重量级锁”。

synchronized可重入的原理

重入锁是指一个线程获取到该锁之后，该线程可以继续获得该锁。底层原理维护一个计数器，当线程获取该锁时，计数器加一，再次获得该锁时继续加一，释放锁时，计数器减一，当计数器值为0时，表明该锁未被任何线程所持有，其它线程可以竞争获取锁。

2.7 锁的分类

公平锁：是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁

非公平锁：是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序，有可能后申请的线程比先申请的线程优先获得锁。非公平锁优点在于吞吐量比公平锁大

乐观锁：认为对于一个数据的并发操作，是不会发生修改的。在更新数据的时候，会采用尝试更新，不断重新的方式更新数据，乐观锁认为不加锁的并发操作是没有事情的。

乐观锁适合读操作非常多的场景

悲观锁：认为对于同一个数据的并发操作，一定是会发生改变的，哪怕没有修改，也会认为修改，因此对于同一个数据的并发操作，悲观锁采用加锁的形式悲观锁适合写操作非常多的场景。

独享锁：指该锁一次只能被一个线程所持有

共享锁：是指该锁可被多个线程锁持有

偏向锁：是指一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁，降低获取锁的代价

轻量级锁：是指当锁是偏向锁的时候，被另一个线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁

重量级锁：是指锁为轻量级锁的时候，另一个线程虽然是自旋，但自旋不会一直持续下去，当自旋一定次数的时候，还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁膨胀为重量级锁。

2.8 锁的优化

锁优化的思路和方法有以下几种：

​ 减少锁持有的时间：减小锁的持有时间是为了降低锁的冲突的可能性，提高体系的并发能力 ，只在必要时进行同步加锁操作，只在必须加锁的代码段加锁

​ 减小锁粒度：JDK 自带的工具类 ConcurrentHashMap 就是一个典型的实现场景，它对锁的拆分方式大大提高了它的吞吐量，ConcurrentHashMap 将自身分成若干个段，每一段都是一个子 HashMap。当需要新增一个的时候，并不是对整个对象进行加锁，而是先根据 hashcode 计算该数据应该被加入到哪个段中，然后对该段加锁，默认情况下 ConcurrentHashMap 有16个段，因此运气足够好的时候可以接受 16 个线程同时插入，大大提高了吞吐量。

​ 锁粗化：锁粗化就是告诉我们任何事情都有个度，有些情况下我们反而希望把很多次锁的请求合并成一个请求，以降低短时间内大量锁请求、同步、释放带来的性能损耗。

​ 锁分离：最常见的锁分离就是读写锁ReadWriteLock，根据功能进行分离成读锁和写锁，这样读读不互斥，读写互斥，写写互斥。即保证了线程安全，又提高了性能。读写分离思想可以延伸，只要操作互不影响，锁就可以分离。根据实际的操作来选择加上不同的锁也是提升性能的重要方式之一 ，读写分离锁替代独占锁，重入锁和内部锁，自旋锁

​ 锁销除：锁消除是在编译器级别的事情。在即时编译器时，如果发现不可能被共享的对象，则可以消除这些对象的锁操作。

​ 无锁：无锁是非阻塞的锁，CAS 算法和 ThreadLocal 是实现无锁的两种方式，前者以额外空间实现无锁，后者以额外时间去实现无锁，他们都是非阻塞的。

2.9 锁的过程

锁的升级过程：

​ 锁一共有4种状态，级别从低到高依次是：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态，这几个状态会随着竞争情况逐渐升级。锁可以升级但不能降级，意味着偏向锁升级成轻量级锁后不能降级成偏向锁。

无锁：

​ 无锁是指没有对资源进行锁定，所有的线程都能访问并修改同一个资源，但同时只有一个线程能修改成功。

无锁的特点是修改操作会在循环内进行，线程会不断的尝试修改共享资源。如果没有冲突就修改成功并退出，否则就会继续循环尝试。如果有多个线程修改同一个值，必定会有一个线程能修改成功，而其他修改失败的线程会不断重试直到修改成功

偏向锁：

​ 偏向锁是指当一段同步代码一直被同一个线程所访问时，即不存在多个线程的竞争时，那么该线程在后续访问时便会自动获得锁，从而降低获取锁带来的消耗，即提高性能。 当一个线程访问同步代码块并获取锁时，会在 Mark Word 里存储锁偏向的线程 ID。在线程进入和退出同步块时不再通过 CAS 操作来加锁和解锁，而是检测 Mark Word 里是否存储着指向当前线程的偏向锁。 偏向锁只需要在置换 ThreadID 的时候依赖一次 CAS 原子指令即可。 偏向锁只有遇到其他线程尝试竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁，线程是不会主动释放偏向锁的。

轻量级锁：

​ 轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，却被另外的线程所访问，此时偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，线程不会阻塞，从而提高性能。 轻量级锁的获取主要由两种情况： ① 当关闭偏向锁功能时； ② 由于多个线程竞争偏向锁导致偏向锁升级为轻量级锁。

重量级锁：

​ 如果锁竞争情况严重，某个达到最大自旋次数的线程，会将轻量级锁升级为重量级锁（依然是CAS修改锁标志位，但不修改持有锁的线程ID）。当后续线程尝试获取锁时，发现被占用的锁是重量级锁，则直接将自己挂起（而不是忙等），等待将来被唤醒。重量级锁是指当有一个线程获取锁之后，其余所有等待获取该锁的线程都会处于阻塞状态。

2.10 线程B怎么知道线程A修改了变量

（1）volatile 修饰变量

（2）synchronized 修饰修改变量的方法

（3）wait/notify

（4）while 轮询

2.11 synchronized、volatile、CAS 比较

（1）synchronized 是悲观锁，属于抢占式，会引起其他线程阻塞。

（2）volatile 提供多线程共享变量可见性和禁止指令重排序优化。

（3）CAS 是基于冲突检测的乐观锁（非阻塞）

2.12 synchronized 和 Lock 有什么区别

• 首先synchronized是Java内置关键字，在JVM层面，Lock是个Java类；
• synchronized 可以给类、方法、代码块加锁；而 lock 只能给代码块加锁。
• synchronized 不需要手动获取锁和释放锁，使用简单，发生异常会自动释放锁，不会造成死锁；而 lock 需要自己加锁和释放锁，如果使用不当没有 unLock()去释放锁就会造成死锁。
• 通过 Lock 可以知道有没有成功获取锁，而 synchronized 却无法办到。

2.13 synchronized 和 ReentrantLock 区别

synchronized 是和 if、else、for、while 一样的关键字，ReentrantLock 是类，这是二者的本质区别。既然 ReentrantLock 是类，那么它就提供了比synchronized 更多更灵活的特性，可以被继承、可以有方法、可以有各种各样的类变量

synchronized 早期的实现比较低效，对比 ReentrantLock，大多数场景性能都相差较大，但是在 Java 6 中对 synchronized 进行了非常多的改进。

相同点：两者都是可重入锁

两者都是可重入锁。“可重入锁”概念是：自己可以再次获取自己的内部锁。比如一个线程获得了某个对象的锁，此时这个对象锁还没有释放，当其再次想要获取这个对象的锁的时候还是可以获取的，如果不可锁重入的话，就会造成死锁。同一个线程每次获取锁，锁的计数器都自增1，所以要等到锁的计数器下降为0时才能释放锁。

主要区别如下：

• ReentrantLock 使用起来比较灵活，但是必须有释放锁的配合动作；

• ReentrantLock 必须手动获取与释放锁，而 synchronized 不需要手动释放和开启锁

• ReentrantLock 只适用于代码块锁，而 synchronized 可以修饰类、方法、变量等。

• 二者的锁机制其实也是不一样的。ReentrantLock 底层调用的是 Unsafe 的park 方法加锁，synchronized 操作的应该是对象头中 mark word

Java中每一个对象都可以作为锁，这是synchronized实现同步的基础：

​ 普通同步方法，锁是当前实例对象
​ 静态同步方法，锁是当前类的class对象
​ 同步方法块，锁是括号里面的对象

2.14 volatile关键字作用

对于可见性，Java 提供了 volatile 关键字来保证可见性和禁止指令重排。 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。当一个共享变量被 volatile 修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存，当有其他线程需要读取时，它会去内存中读取新值。

从实践角度而言，volatile 的一个重要作用就是和 CAS 结合，保证了原子性，详细的可以参见 java.util.concurrent.atomic 包下的类，比如 AtomicInteger。

volatile 常用于多线程环境下的单次操作(单次读或者单次写)。

2.15 volatile变量和atomic变量区别

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。

2.16 volatile能使一个非原子操作变成原子操作吗

关键字volatile的主要作用是使变量在多个线程间可见，但无法保证原子性，对于多个线程访问同一个实例变量需要加锁进行同步。

虽然volatile只能保证可见性不能保证原子性，但用volatile修饰long和double可以保证其操作原子性。

所以从Oracle Java Spec里面可以看到：

• 对于64位的long和double，如果没有被volatile修饰，那么对其操作可以不是原子的。在操作的时候，可以分成两步，每次对32位操作。
• 如果使用volatile修饰long和double，那么其读写都是原子操作
• 对于64位的引用地址的读写，都是原子操作
• 在实现JVM时，可以自由选择是否把读写long和double作为原子操作
• 推荐JVM实现为原子操作

2.17 volatile 修饰符的有过什么实践

单例模式

是否 Lazy 初始化：是

是否多线程安全：是

实现难度：较复杂

描述：对于Double-Check这种可能出现的问题（当然这种概率已经非常小了，但毕竟还是有的嘛~），解决方案是：只需要给instance的声明加上volatile关键字即可volatile关键字的一个作用是禁止指令重排，把instance声明为volatile之后，对它的写操作就会有一个内存屏障（什么是内存屏障？），这样，在它的赋值完成之前，就不用会调用读操作。注意：volatile阻止的不是singleton = newSingleton()这句话内部[1-2-3]的指令重排，而是保证了在一个写操作（[1-2-3]）完成之前，不会调用读操作（if (instance == null)）。

public class Singleton7 {

   private static volatile Singleton7 instance = null;

   private Singleton7() {}

   public static Singleton7 getInstance() {
       if (instance == null) {
           synchronized (Singleton7.class) {
               if (instance == null) {
                   instance = new Singleton7();
               }
           }
       }
       return instance;
   }
}

2.18 synchronized 和 volatile 的区别

synchronized 表示只有一个线程可以获取作用对象的锁，执行代码，阻塞其他线程。

volatile 表示变量在 CPU 的寄存器中是不确定的，必须从主存中读取。保证多线程环境下变量的可见性；禁止指令重排序。

区别

• volatile 是变量修饰符；synchronized 可以修饰类、方法、变量。

• volatile 仅能实现变量的修改可见性，不能保证原子性；而 synchronized 则可以保证变量的修改可见性和原子性。

• volatile 不会造成线程的阻塞；synchronized 可能会造成线程的阻塞。

• volatile标记的变量不会被编译器优化；synchronized标记的变量可以被编译器优化。

• volatile关键字是线程同步的轻量级实现，所以volatile性能肯定比synchronized关键字要好。但是volatile关键字只能用于变量而synchronized关键字可以修饰方法以及代码块。synchronized关键字在JavaSE1.6之后进行了主要包括为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗而引入的偏向锁和轻量级锁以及其它各种优化之后执行效率有了显著提升，实际开发中使用 synchronized 关键字的场景还是更多一些。

三、Lock

3.1 java Concurrency Api中的Lock接口

Lock 接口比同步方法和同步块提供了更具扩展性的锁操作。他们允许更灵活的结构，可以具有完全不同的性质，并且可以支持多个相关类的条件对象。

它的优势有：

（1）可以使锁更公平

（2）可以使线程在等待锁的时候响应中断

（3）可以让线程尝试获取锁，并在无法获取锁的时候立即返回或者等待一段时间

（4）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 的扩展版，Lock 提供了无条件的、可轮询的(tryLock 方法)、定时的(tryLock 带参方法)、可中断的(lockInterruptibly)、可多条件队列的(newCondition 方法)锁操作。另外 Lock 的实现类基本都支持非公平锁(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。

3.2 乐观锁和悲观锁

悲观锁：总是假设最坏的情况，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在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，都是在做操作之前先上锁。再比如 Java 里面的同步原语 synchronized 关键字的实现也是悲观锁。

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类型，这样可以提高吞吐量，像数据库提供的类似于 write_condition 机制，其实都是提供的乐观锁。在 Java中 java.util.concurrent.atomic 包下面的原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、使用版本标识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，不一致时可以采取丢弃和再次尝试的策略。

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位置值更新为新值 B。否则处理器不做任何操作。

3.3 什么是CAS

CAS 是 compare and swap 的缩写，即我们所说的比较交换。

cas 是一种基于锁的操作，而且是乐观锁。在 java 中锁分为乐观锁和悲观锁。悲观锁是将资源锁住，等一个之前获得锁的线程释放锁之后，下一个线程才可以访问。而乐观锁采取了一种宽泛的态度，通过某种方式不加锁来处理资源，比如通过给记录加 version 来获取数据，性能较悲观锁有很大的提高。

CAS 操作包含三个操作数 —— 内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。如果内存地址里面的值和 A 的值是一样的，那么就将内存里面的值更新成 B。CAS是通过无限循环来获取数据的，若果在第一轮循环中，a 线程获取地址里面的值被b 线程修改了，那么 a 线程需要自旋，到下次循环才有可能机会执行。

java.util.concurrent.atomic 包下的类大多是使用 CAS 操作来实现的(AtomicInteger,AtomicBoolean,AtomicLong)。

3.4 CAS产生的问题

1、ABA 问题：

比如说一个线程 one 从内存位置 V 中取出 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 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包里提供了一个类 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。

3.5 AQS介绍

AQS的全称为（AbstractQueuedSynchronizer），这个类在java.util.concurrent.locks包下面。

AQS是一个用来构建锁和同步器的框架，使用AQS能简单且高效地构造出应用广泛的大量的同步器，比如我们提到的ReentrantLock，Semaphore，其他的诸如ReentrantReadWriteLock，SynchronousQueue，FutureTask等等皆是基于AQS的。当然，我们自己也能利用AQS非常轻松容易地构造出符合我们自己需求的同步器。

3.6 AQS原理分析

AQS核心思想是，如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制AQS是用CLH队列锁实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。

CLH(Craig,Landin,and Hagersten)队列是一个虚拟的双向队列（虚拟的双向队列即不存在队列实例，仅存在结点之间的关联关系）。AQS是将每条请求共享资源的线程封装成一个CLH锁队列的一个结点（Node）来实现锁的分配。

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AQS使用一个int成员变量来表示同步状态，通过内置的FIFO队列来完成获取资源线程的排队工作。AQS使用CAS对该同步状态进行原子操作实现对其值的修改。

private volatile int state;//共享变量，使用volatile修饰保证线程可见性

状态信息通过protected类型的getState，setState，compareAndSetState进行操作

//返回同步状态的当前值
protected final int getState() {  
       return state;
}
// 设置同步状态的值
protected final void setState(int newState) { 
       state = newState;
}
//原子地（CAS操作）将同步状态值设置为给定值update如果当前同步状态的值等于expect（期望值）
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
       return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}

3.7 AQS对资源的共享

AQS定义两种资源共享方式

• Exclusive（独占）：只有一个线程能执行，如ReentrantLock。又可分为公平锁和非公平锁：

• 公平锁：按照线程在队列中的排队顺序，先到者先拿到锁
  非公平锁：当线程要获取锁时，无视队列顺序直接去抢锁，谁抢到就是谁的
  Share（共享）：多个线程可同时执行，如Semaphore/CountDownLatch。Semaphore、CountDownLatch、 CyclicBarrier、ReadWriteLock 我们都会在后面讲到。

ReentrantReadWriteLock 可以看成是组合式，因为ReentrantReadWriteLock也就是读写锁允许多个线程同时对某一资源进行读。

不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。自定义同步器在实现时只需要实现共享资源 state 的获取与释放方式即可，至于具体线程等待队列的维护（如获取资源失败入队/唤醒出队等），AQS已经在顶层实现好了。

3.8 什么是可重入锁（ReentrantLock）

ReentrantLock重入锁，是实现Lock接口的一个类，也是在实际编程中使用频率很高的一个锁，支持重入性，表示能够对共享资源能够重复加锁，即当前线程获取该锁再次获取不会被阻塞。

在java关键字synchronized隐式支持重入性，synchronized通过获取自增，释放自减的方式实现重入。与此同时，ReentrantLock还支持公平锁和非公平锁两种方式。那么，要想完完全全的弄懂ReentrantLock的话，主要也就是ReentrantLock同步语义的学习：1. 重入性的实现原理；2. 公平锁和非公平锁。

重入性的实现原理

要想支持重入性，就要解决两个问题：1. 在线程获取锁的时候，如果已经获取锁的线程是当前线程的话则直接再次获取成功；2. 由于锁会被获取n次，那么只有锁在被释放同样的n次之后，该锁才算是完全释放成功。

ReentrantLock支持两种锁：公平锁和非公平锁。何谓公平性，是针对获取锁而言的，如果一个锁是公平的，那么锁的获取顺序就应该符合请求上的绝对时间顺序，满足FIFO。

3.9 ReadWriteLock 是什么

首先明确一下，不是说 ReentrantLock 不好，只是 ReentrantLock 某些时候有局限。如果使用 ReentrantLock，可能本身是为了防止线程 A 在写数据、线程 B 在读数据造成的数据不一致，但这样，如果线程 C 在读数据、线程 D 也在读数据，读数据是不会改变数据的，没有必要加锁，但是还是加锁了，降低了程序的性能。因为这个，才诞生了读写锁 ReadWriteLock。

ReadWriteLock 是一个读写锁接口，读写锁是用来提升并发程序性能的锁分离技术，ReentrantReadWriteLock 是 ReadWriteLock 接口的一个具体实现，实现了读写的分离，读锁是共享的，写锁是独占的，读和读之间不会互斥，读和写、写和读、写和写之间才会互斥，提升了读写的性能。

而读写锁有以下三个重要的特性：

（1）公平选择性：支持非公平（默认）和公平的锁获取方式，吞吐量还是非公平优于公平。

（2）重进入：读锁和写锁都支持线程重进入。

（3）锁降级：遵循获取写锁、获取读锁再释放写锁的次序，写锁能够降级成为读锁。

四、并发容器

4.1 并发容器之ConcurrentHashMap详解(JDK1.8版本)与源码分析

4.1.1 ConcurrentHashMap了解

ConcurrentHashMap是Java中的一个线程安全且高效的HashMap实现。平时涉及高并发如果要用map结构，那第一时间想到的就是它。相对于hashmap来说，ConcurrentHashMap就是线程安全的map，其中利用了锁分段的思想提高了并发度。

那么它到底是如何实现线程安全的？

JDK 1.6版本关键要素：

segment继承了ReentrantLock充当锁的角色，为每一个segment提供了线程安全的保障；

segment维护了哈希散列表的若干个桶，每个桶由HashEntry构成的链表。

JDK1.8后，ConcurrentHashMap抛弃了原有的Segment 分段锁，而采用了 CAS + synchronized 来保证并发安全性。

4.1.2 SynchronizedMap 和 ConcurrentHashMap 有什么区别？

SynchronizedMap 一次锁住整张表来保证线程安全，所以每次只能有一个线程来访为 map。

ConcurrentHashMap 使用分段锁来保证在多线程下的性能。

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 等常用操作只锁当前需要用到的桶。

这样，原来只能一个线程进入，现在却能同时有 16 个写线程执行，并发性能的提升是显而易见的。

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是抛出ConcurrentModificationException，取而代之的是在改变时 new 新的数据从而不影响原有的数据，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。

4.2 并发容器之CopyOnWriteArrayList详解

4.2.1 CopyOnWriteArrayList 是什么，可以用于什么应用场景？有哪些优缺点？

CopyOnWriteArrayList 是一个并发容器。有很多人称它是线程安全的，我认为这句话不严谨，缺少一个前提条件，那就是非复合场景下操作它是线程安全的。

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，不会抛出 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。

CopyOnWriteArrayList 的使用场景

通过源码分析，我们看出它的优缺点比较明显，所以使用场景也就比较明显。就是合适读多写少的场景。

CopyOnWriteArrayList 的缺点

• 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。
• 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。
• 由于实际使用中可能没法保证 CopyOnWriteArrayList 到底要放置多少数据，万一数据稍微有点多，每次 add/set 都要重新复制数组，这个代价实在太高昂了。在高性能的互联网应用中，这种操作分分钟引起故障。

CopyOnWriteArrayList 的设计思想

1. 读写分离，读和写分开
2. 最终一致性
3. 使用另外开辟空间的思路，来解决并发冲突

4.3 并发容器之ThreadLocal详解

4.3.1 ThreadLocal 是什么？有哪些使用场景？

ThreadLocal 是一个本地线程副本变量工具类，在每个线程中都创建了一个 ThreadLocalMap 对象，简单说 ThreadLocal 就是一种以空间换时间的做法，每个线程可以访问自己内部 ThreadLocalMap 对象内的 value。通过这种方式，避免资源在多线程间共享。

原理：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。

经典的使用场景是为每个线程分配一个 JDBC 连接 Connection。这样就可以保证每个线程的都在各自的 Connection 上进行数据库的操作，不会出现 A 线程关了 B线程正在使用的 Connection； 还有 Session 管理 等问题。

ThreadLocal 使用例子：

public class TestThreadLocal {
   
   //线程本地存储变量
   private static final ThreadLocal<Integer> THREAD_LOCAL_NUM 
       = new ThreadLocal<Integer>() {
       @Override
       protected Integer initialValue() {
           return 0;
       }
   };

   public static void main(String[] args) {
       for (int i = 0; i <3; i++) {//启动三个线程
           Thread t = new Thread() {
               @Override
               public void run() {
                   add10ByThreadLocal();
               }
           };
           t.start();
       }
   }
   
   /**
    * 线程本地存储变量加 5
    */
   private static void add10ByThreadLocal() {
       for (int i = 0; i <5; i++) {
           Integer n = THREAD_LOCAL_NUM.get();
           n += 1;
           THREAD_LOCAL_NUM.set(n);
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : ThreadLocal num=" + n);
       }
   }
   
}

4.3.2 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。

4.3.3 ThreadLocal造成内存泄漏的原因？

ThreadLocalMap 中使用的 key 为 ThreadLocal 的弱引用,而 value 是强引用。所以，如果 ThreadLocal 没有被外部强引用的情况下，在垃圾回收的时候，key 会被清理掉，而 value 不会被清理掉。这样一来，ThreadLocalMap 中就会出现key为null的Entry。假如我们不做任何措施的话，value 永远无法被GC 回收，这个时候就可能会产生内存泄露。ThreadLocalMap实现中已经考虑了这种情况，在调用 set()、get()、remove() 方法的时候，会清理掉 key 为 null 的记录。使用完 ThreadLocal方法后 最好手动调用remove()方法

4.3.4 ThreadLocal内存泄漏解决方案？

• 每次使用完ThreadLocal，都调用它的remove()方法，清除数据。
• 在使用线程池的情况下，没有及时清理ThreadLocal，不仅是内存泄漏的问题，更严重的是可能导致业务逻辑出现问题。所以，使用ThreadLocal就跟加锁完要解锁一样，用完就清理。

4.4 并发容器之BlockingQueue详解

4.4.1 什么是阻塞队列？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。

阻塞队列常用于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里拿元素。

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。

LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。

LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。

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，主要的技术就是用好，wait,notify,notifyAll,sychronized 这些关键字。而在 java 5 之后，可以使用阻塞队列来实现，此方式大大简少了代码量，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的工具，因此他具有一个很明显的特性，当生产者线程试图向 BlockingQueue 放入元素时，如果队列已满，则线程被阻塞，当消费者线程试图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取数据解析。

五、线程池

5.1 线程池创建

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：

（1）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。

（2）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。如果希望在服务器上使用线程池，建议使用 newFixedThreadPool方法来创建线程池，这样能获得更好的性能。

（3） 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。

（4）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。

5.2 线程池状态

RUNNING：这是最正常的状态，接受新的任务，处理等待队列中的任务。
SHUTDOWN：不接受新的任务提交，但是会继续处理等待队列中的任务。
STOP：不接受新的任务提交，不再处理等待队列中的任务，中断正在执行任务的线程。
TIDYING：所有的任务都销毁了，workCount 为 0，线程池的状态在转换为 TIDYING 状态时，会执行钩子方法 terminated()。
TERMINATED：terminated()方法结束后，线程池的状态就会变成这个。

5.3 什么是 Executor 框架？为什么使用 Executor 框架？

Executor 框架是一个根据一组执行策略调用，调度，执行和控制的异步任务的框架。

每次执行任务创建线程 new Thread()比较消耗性能，创建一个线程是比较耗时、耗资源的，而且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。

5.4 在 Java 中 Executor 和 Executors 的区别？

Executors 工具类的不同方法按照我们的需求创建了不同的线程池，来满足业务的需求。

Executor 接口对象能执行我们的线程任务。

ExecutorService 接口继承了 Executor 接口并进行了扩展，提供了更多的方法我们能获得任务执行的状态并且可以获取任务的返回值。

使用 ThreadPoolExecutor 可以创建自定义线程池。

Future 表示异步计算的结果，他提供了检查计算是否完成的方法，以等待计算的完成，并可以使用 get()方法获取计算的结果。

5.5 线程池中 submit() 和 execute() 方法有什么区别？

接收参数：execute()只能执行 Runnable 类型的任务。submit()可以执行 Runnable 和 Callable 类型的任务。

返回值：submit()方法可以返回持有计算结果的 Future 对象，而execute()没有

异常处理：submit()方便Exception处理

5.6 Executors和ThreaPoolExecutor创建线程池的区别

《阿里巴巴Java开发手册》中强制线程池不允许使用 Executors 去创建，而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险

Executors 各个方法的弊端：

• newFixedThreadPool 和 newSingleThreadExecutor:
  主要问题是堆积的请求处理队列可能会耗费非常大的内存，甚至 OOM。

• newCachedThreadPool 和 newScheduledThreadPool:
  主要问题是线程数最大数是 Integer.MAX_VALUE，可能会创建数量非常多的线程，甚至 OOM。

ThreaPoolExecutor创建线程池方式只有一种，就是走它的构造函数，参数自己指定

nated()方法结束后，线程池的状态就会变成这个。

5.3 什么是 Executor 框架？为什么使用 Executor 框架？

Executor 框架是一个根据一组执行策略调用，调度，执行和控制的异步任务的框架。

每次执行任务创建线程 new Thread()比较消耗性能，创建一个线程是比较耗时、耗资源的，而且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。

5.4 在 Java 中 Executor 和 Executors 的区别？

Executors 工具类的不同方法按照我们的需求创建了不同的线程池，来满足业务的需求。

Executor 接口对象能执行我们的线程任务。

ExecutorService 接口继承了 Executor 接口并进行了扩展，提供了更多的方法我们能获得任务执行的状态并且可以获取任务的返回值。

使用 ThreadPoolExecutor 可以创建自定义线程池。

Future 表示异步计算的结果，他提供了检查计算是否完成的方法，以等待计算的完成，并可以使用 get()方法获取计算的结果。

5.5 线程池中 submit() 和 execute() 方法有什么区别？

接收参数：execute()只能执行 Runnable 类型的任务。submit()可以执行 Runnable 和 Callable 类型的任务。

返回值：submit()方法可以返回持有计算结果的 Future 对象，而execute()没有

异常处理：submit()方便Exception处理

5.6 Executors和ThreaPoolExecutor创建线程池的区别

《阿里巴巴Java开发手册》中强制线程池不允许使用 Executors 去创建，而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险

Executors 各个方法的弊端：

• newFixedThreadPool 和 newSingleThreadExecutor:
  主要问题是堆积的请求处理队列可能会耗费非常大的内存，甚至 OOM。

• newCachedThreadPool 和 newScheduledThreadPool:
  主要问题是线程数最大数是 Integer.MAX_VALUE，可能会创建数量非常多的线程，甚至 OOM。

ThreaPoolExecutor创建线程池方式只有一种，就是走它的构造函数，参数自己指定