2023Java高频必背并发编程面试题01

1、简述Java内存模型（JMM）。

Java内存模型定义了程序中各种变量的访问规则：
（1）所有变量都存储在主存，每个线程都有⾃⼰的⼯作内存；
（2）⼯作内存中保存了被该线程使⽤的变量的主存副本，线程对变量的所有操作都必须在⼯作空间进⾏，不能直接读写主内存数据；
（3）操作完成后，线程的⼯作内存通过缓存⼀致性协议将操作完的数据刷回主存。

2、简述as-if-serial。

编译器会对原始的程序进⾏指令重排序和优化。但不管怎么重排序，其结果都必须和⽤户原始程序输出的预定结果保持⼀致。

3、简述happens-before⼋⼤规则。

（1）程序次序规则：⼀个线程内，按照代码顺序，书写在前⾯的操作先⾏发⽣于书写在后⾯的操作；
（2）锁定规则：⼀个unLock操作先⾏发⽣于后⾯对同⼀个锁的lock操作；
（3）volatile变量规则：对⼀个变量的写操作先⾏发⽣于后⾯对这个变量的读操作；
（4）传递规则：如果操作A先⾏发⽣于操作B，⽽操作B⼜先⾏发⽣于操作C，则可以得出操作A先⾏发⽣于操作C；
（5）线程启动规则：Thread对象的start()⽅法先⾏发⽣于此线程的每⼀个动作；
（6）线程中断规则：对线程interrupt()⽅法的调⽤先⾏发⽣于被中断线程的代码检测到中断事件的发⽣；
（7）线程终结规则：线程中所有的操作都先⾏发⽣于线程的终⽌检测，我们可以通过Thread.join()⽅法结束、Thread.isAlive()的返回值⼿段检测到线程已经终⽌执⾏；
（8）对象终结规则：⼀个对象的初始化完成先⾏发⽣于他的finalize()⽅法的开始。

4、as-if-serial 和 happens-before 的区别。

as-if-serial 保证单线程程序的执⾏结果不变，happens-before 保证正确同步的多线程程序的执⾏结果不变。

5、简述原⼦性操作。

⼀个操作或者多个操作，要么全部执⾏并且执⾏的过程不会被任何因素打断，要么就都不执⾏，这就是原⼦性操作。

6、简述线程的可⻅性。

可⻅性指当⼀个线程修改了共享变量时，其他线程能够⽴即得知修改。volatile、synchronized、final 关键字都能保证可⻅性。

7、简述有序性。

虽然多线程存在并发和指令优化等操作，但在本线程内观察该线程的所有执⾏操作是有序的。

8、简述Java中volatile关键字作⽤。

（1）保证变量对所有线程的可⻅性。当⼀个线程修改了变量值，新值对于其他线程来说是⽴即可以得知的；
（2）禁⽌指令重排。使⽤ volatile 变量进⾏写操作，编译器在⽣成字节码时，会在指令序列中插⼊内存屏障来禁⽌特定类型的处理器进⾏重排序。

9、Java线程的实现⽅式。

（1）实现Runnable接⼝；
（2）继承Thread类；
（3）实现Callable接⼝。

10、简述Java线程的状态。

线程状态有 NEW、RUNNABLE、BLOCK、WAITING、TIMED_WAITING、THERMINATED。
（1）NEW：新建状态，线程被创建且未启动，此时还未调⽤ start ⽅法；
（2）RUNNABLE：运⾏状态。表示线程正在JVM中执⾏，但是这个执⾏，不⼀定真的在跑，也可能在排队等CPU；
（3）BLOCKED：阻塞状态。线程等待获取锁，锁还没获得；
（4）WAITING：等待状态。线程内run⽅法执⾏完Object.wait()/Thread.join()进⼊该状态；
（5）TIMED_WAITING：限期等待。在⼀定时间之后跳出状态。调⽤Thread.sleep(long) 、Object.wait(long)、Thread.join(long)进⼊状态。其中这些参数代表等待的时间；
（6）TERMINATED：结束状态。线程调⽤完run⽅法进⼊该状态。

11、简述线程通信的⽅式。

（1）volatile 关键词修饰变量，保证所有线程对变量访问的可⻅性；
（2）synchronized关键词。确保多个线程在同⼀时刻只能有⼀个处于⽅法或同步块中；
（3）wait/notify⽅法；
（4）IO通信。

12、简述线程池。

没有线程池的情况下，多次创建，销毁线程开销⽐较⼤。如果在开辟的线程执⾏完当前任务后复⽤已创建的线程，可以降低开销、控制最⼤并发数。
线程池创建线程时，会将线程封装成⼯作线程 Worker，Worker 在执⾏完任务后还会循环获取⼯作队列中的任务来执⾏。
将任务派发给线程池时，会出现以下⼏种情况：
（1）核⼼线程池未满，创建⼀个新的线程执⾏任务；
（2）如果核⼼线程池已满，⼯作队列未满，将线程存储在⼯作队列；
（3）如果⼯作队列已满，线程数⼩于最⼤线程数就创建⼀个新线程处理任务；
（4）如果超过⼤⼩线程数，按照拒绝策略来处理任务。
线程池参数：
（1）corePoolSize：常驻核⼼线程数。超过该值后如果线程空闲会被销毁；
（2）maximumPoolSize：线程池能够容纳同时执⾏的线程最⼤数；
（3）keepAliveTime：线程空闲时间，线程空闲时间达到该值后会被销毁，直到只剩下corePoolSize 个线程为⽌，避免浪费内存资源；
（4）workQueue：⼯作队列；
（5）threadFactory：线程⼯⼚，⽤来⽣产⼀组相同任务的线程；
（6）handler：拒绝策略。
拒绝策略有以下⼏种：
（1）AbortPolicy：丢弃任务并抛出异常；
（2）CallerRunsPolicy：重新尝试提交该任务；
（3）DiscardOldestPolicy 抛弃队列⾥等待最久的任务并把当前任务加⼊队列；
（4）DiscardPolicy 表示直接抛弃当前任务但不抛出异常。

13、简述Executor框架。

Executor框架⽬的是将任务提交和任务如何运⾏分离开来的机制。
⽤户不再需要从代码层考虑设计任务的提交运⾏，只需要调⽤Executor框架实现类的Execute⽅法就可以提交任务。

14、简述Executor的继承关系。

（1）Executor：⼀个接⼝，其定义了⼀个接收Runnable对象的⽅法executor，该⽅法接收⼀个Runable实例
执⾏这个任务。
（2）ExecutorService：Executor的⼦类接⼝，其定义了⼀个接收Callable对象的⽅法，返回 Future 对象，
同时提供execute⽅法。
（3）ScheduledExecutorService：ExecutorService的⼦类接⼝，⽀持定期执⾏任务。
（4）AbstractExecutorService：抽象类，提供 ExecutorService 执⾏⽅法的默认实现。
（5）Executors：实现ExecutorService接⼝的静态⼯⼚类，提供了⼀系列⼯⼚⽅法⽤于创建线程池。
（6）ThreadPoolExecutor：继承AbstractExecutorService，⽤于创建线程池。
（7）ForkJoinPool: 继承AbstractExecutorService，Fork 将⼤任务分叉为多个⼩任务，然后让⼩任务执⾏，
Join 是获得⼩任务的结果，类似于map reduce。
（8）ThreadPoolExecutor：继承ThreadPoolExecutor，实现ScheduledExecutorService，⽤于创建带定时
任务的线程池。

15、简述线程池的状态。

（1）Running：能接受新提交的任务，也可以处理阻塞队列的任务。
（2）Shutdown：不再接受新提交的任务，但可以处理存量任务，线程池处于running时调⽤shutdown⽅法，会进⼊该状态。
（3）Stop：不接受新任务，不处理存量任务，调⽤shutdownnow进⼊该状态。
（4）Tidying：所有任务已经终⽌了，worker_count（有效线程数）为0。
（5）Terminated：线程池彻底终⽌。在tidying模式下调⽤terminated⽅法会进⼊该状态。

16、简述线程池类型。

（1）newCachedThreadPool 可缓存线程池，可设置最⼩线程数和最⼤线程数，线程空闲1分钟后⾃动销毁。
（2）newFixedThreadPool 指定⼯作线程数量线程池。
（3）newSingleThreadExecutor 单线程Executor。
（4）newScheduleThreadPool ⽀持定时任务的指定⼯作线程数量线程池。
（5）newSingleThreadScheduledExecutor ⽀持定时任务的单线程Executor。

17、简述阻塞队列。

阻塞队列是⽣产者消费者的实现具体组件之⼀。当阻塞队列为空时，从队列中获取元素的操作将会被阻塞，当阻塞队列满了，往队列添加元素的操作将会被阻塞。具体实现有：
（1）ArrayBlockingQueue：底层是由数组组成的有界阻塞队列。
（2）LinkedBlockingQueue：底层是由链表组成的有界阻塞队列。
（3）PriorityBlockingQueue：阻塞优先队列。
（4）DelayQueue：创建元素时可以指定多久才能从队列中获取当前元素
（5）SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列，每⼀个存储必须等待⼀个取出操作
（6）LinkedTransferQueue：与LinkedBlockingQueue相⽐多⼀个transfer⽅法，即如果当前有消费者正等待接收元素，可以把⽣产者传⼊的元素⽴刻传输给消费者。
（7）LinkedBlockingDeque：双向阻塞队列。

18、谈⼀谈ThreadLocal。

ThreadLocal 是线程共享变量。ThreadLoacl 有⼀个静态内部类 ThreadLocalMap，其 Key 是 ThreadLocal对象，值是 Entry 对象，ThreadLocalMap是每个线程私有的。
（1）set 给ThreadLocalMap设置值。
（2）get 获取ThreadLocalMap。
（3）remove 删除ThreadLocalMap类型的对象。
存在的问题：对于线程池，由于线程池会重⽤ Thread 对象，因此与 Thread 绑定的 ThreadLocal 也会被重⽤，造成⼀系列问题。
⽐如说内存泄漏。由于 ThreadLocal 是弱引⽤，但 Entry 的 value 是强引⽤，因此当 ThreadLocal 被垃圾回收后，value 依旧不会被释放，产⽣内存泄漏。

19、聊聊你对Java并发包下unsafe类的理解。

对于 Java 语⾔，没有直接的指针组件，⼀般也不能使⽤偏移量对某块内存进⾏操作。这些操作相对来讲是安全（safe）的。
Java 有个类叫 Unsafe 类，这个类使 Java 拥有了像 C 语⾔的指针⼀样操作内存空间的能⼒，同时也带来了指针的问题。这个类可以说是 Java 并发开发的基础。

20、Java中的乐观锁与CAS算法。

乐观锁认为数据发送时发⽣并发冲突的概率不⼤，所以读操作前不上锁。
到了写操作时才会进⾏判断，数据在此期间是否被其他线程修改。如果发⽣修改，那就返回写⼊失败；如果没有被修改，那就执⾏修改操作，返回修改成功。
乐观锁⼀般都采⽤ Compare And Swap（CAS）算法进⾏实现。顾名思义，该算法涉及到了两个操作，⽐较（Compare）和交换（Swap）。
CAS 算法的思路如下：
（1）该算法认为不同线程对变量的操作时产⽣竞争的情况⽐较少。
（2）该算法的核⼼是对当前读取变量值 E 和内存中的变量旧值 V 进⾏⽐较。
（3）如果相等，就代表其他线程没有对该变量进⾏修改，就将变量值更新为新值 N。
（4）如果不等，就认为在读取值 E 到⽐较阶段，有其他线程对变量进⾏过修改，不进⾏任何操作。