50道多线程并发面试题
1、为什么要使用多线程
选择多线程的原因，就是因为快。举个例子：
如果要把1000块砖搬到楼顶，假设到楼顶有几个电梯，你觉得用一个电梯搬运快，还是同时用几个电梯同时搬运快呢？这个电梯就可以理解为线程。
所以，我们使用多线程就是因为： 在正确的场景下，设置恰当数目的线程，可以用来程提高序的运行速率。更专业点讲，就是充分地利用CPU和I/O的利用率，提升程序运行速率。
当然，有利就有弊，多线程场景下，我们要保证线程安全，就需要考虑加锁。加锁如果不恰当，就很很耗性能。
2. 创建线程有几种方式？
Java中创建线程主要有以下这几种方式：
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定义
Thread类的子类，并重写该类的run方法 -
定义
Runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法 -
定义
Callable接口的实现类，并重写该接口的call()方法，一般配合Future使用 -
线程池的方式
2.1 定义Thread类的子类，并重写该类的run方法
public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { Thread thread = new MyThread(); thread.start(); } } classMyThread extends Thread { @Override public void run() { System.out.println
2.2 定义Runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法
public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { MyRunnable myRunnable = new MyRunnable(); Thread thread = newThread(myRunnable); thread.start(); } } class MyRunnableimplements Runnable { @Override public void run() { System.out.println
2.3 定义Callable接口的实现类，并重写该接口的call()方法
如果想要执行的线程有返回，可以使用Callable。
public class ThreadTest { public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { MyThreadCallable mc = new MyThreadCallable(); FutureTask
2.4 线程池的方式
日常开发中，我们一般都是用线程池的方式执行异步任务。
public class ThreadTest { public static void main(String[] args) throws Exception { ThreadPoolExecutor executorOne = newThreadPoolExecutor(5, 5, 1, TimeUnit.MINUTES, newArrayBlockingQueue
3. start()方法和run()方法的区别
其实start和run的主要区别如下：
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start方法可以启动一个新线程，run方法只是类的一个普通方法而已，如果直接调用run方法，程序中依然只有主线程这一个线程。 -
start方法实现了多线程，而run方法没有实现多线程。 -
start不能被重复调用，而run方法可以。 -
start方法中的run代码可以不执行完，就继续执行下面的代码，也就是说进行了线程切换。然而，如果直接调用run方法，就必须等待其代码全部执行完才能继续执行下面的代码。
大家可以结合代码例子来看看哈~
public class ThreadTest { public static void main(String[] args){ Thread t=new Thread(){ public void run(){ pong(); } }; t.start(); t.run(); t.run(); System.out.println"+ Thread.currentThread().getName()); } static void pong(){ System.out.println+ Thread.currentThread().getName()); } }
4. 线程和进程的区别
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进程是运行中的应用程序，线程是进程的内部的一个执行序列
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进程是资源分配的最小单位，线程是CPU调度的最小单位。
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一个进程可以有多个线程。线程又叫做轻量级进程，多个线程共享进程的资源
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进程间切换代价大，线程间切换代价小
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进程拥有资源多，线程拥有资源少地址
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进程是存在地址空间的，而线程本身无地址空间，线程的地址空间是包含在进程中的
举个例子：
你打开QQ，开了一个进程；打开了迅雷，也开了一个进程。
在QQ的这个进程里，传输文字开一个线程、传输语音开了一个线程、弹出对话框又开了一个线程。
所以运行某个软件，相当于开了一个进程。在这个软件运行的过程里（在这个进程里），多个工作支撑的完成QQ的运行，那么这“多个工作”分别有一个线程。
所以一个进程管着多个线程。
通俗的讲：“进程是爹妈，管着众多的线程儿子”...
5. 说一下 Runnable和 Callable有什么区别？
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Runnable接口中的run()方法没有返回值，是void类型，它做的事情只是纯粹地去执行run()方法中的代码而已； -
Callable接口中的call()方法是有返回值的，是一个泛型。它一般配合Future、FutureTask一起使用，用来获取异步执行的结果。 -
Callable接口call()方法允许抛出异常；而Runnable接口run()方法不能继续上抛异常；
大家可以看下它俩的API:
@FunctionalInterface public interface Callable
为了方便大家理解，写了一个demo，小伙伴们可以看看哈：
* @date 2022-07-11 */ public class CallableRunnableTest { public static void main(String[] args) { ExecutorService executorService =Executors.newFixedThreadPool(5); Callable
6. 聊聊volatile作用，原理
volatile关键字是Java虚拟机提供的的最轻量级的同步机制。它作为一个修饰符，用来修饰变量。它保证变量对所有线程可见性，禁止指令重排，但是不保证原子性。
我们先来一起回忆下java内存模型（jmm）：
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Java虚拟机规范试图定义一种Java内存模型,来屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异，以实现让Java程序在各种平台上都能达到一致的内存访问效果。
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Java内存模型规定所有的变量都是存在主内存当中，每个线程都有自己的工作内存。这里的变量包括实例变量和静态变量，但是不包括局部变量，因为局部变量是线程私有的。
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线程的工作内存保存了被该线程使用的变量的主内存副本，线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接操作主内存。并且每个线程不能访问其他线程的工作内存。
volatile变量，保证新值能立即同步回主内存，以及每次使用前立即从主内存刷新，所以我们说volatile保证了多线程操作变量的可见性。
volatile保证可见性和禁止指令重排，都跟内存屏障有关。我们来看一段volatile使用的demo代码：
public class Singleton { private volatile static Singleton instance; private Singleton (){} public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } } } return instance; } } 复制代码
编译后，对比有volatile关键字和没有volatile关键字时所生成的汇编代码，发现有volatile关键字修饰时，会多出一个lock addl $0x0,(%esp)，即多出一个lock前缀指令，lock指令相当于一个内存屏障
lock指令相当于一个内存屏障，它保证以下这几点：
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重排序时不能把后面的指令重排序到内存屏障之前的位置
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将本处理器的缓存写入内存
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如果是写入动作，会导致其他处理器中对应的缓存无效。
第2点和第3点就是保证volatile保证可见性的体现嘛，第1点就是禁止指令重排的体现。
内存屏障四大分类：（Load 代表读取指令，Store代表写入指令）
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在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障。
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在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障。
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在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障。
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在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障。
有些小伙伴，可能对这个还是有点疑惑，内存屏障这玩意太抽象了。我们照着代码看下吧：
内存屏障保证前面的指令先执行，所以这就保证了禁止了指令重排啦，同时内存屏障保证缓存写入内存和其他处理器缓存失效，这也就保证了可见性，哈哈有关于volatile的底层实现，我们就讨论到这哈
7. 说说并发与并行的区别?
并发和并行最开始都是操作系统中的概念，表示的是CPU执行多个任务的方式。
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顺序：上一个开始执行的任务完成后，当前任务才能开始执行
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并发：无论上一个开始执行的任务是否完成，当前任务都可以开始执行
（即 A B 顺序执行的话，A 一定会比 B 先完成，而并发执行则不一定。）
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串行：有一个任务执行单元，从物理上就只能一个任务、一个任务地执行
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并行：有多个任务执行单元，从物理上就可以多个任务一起执行
（即在任意时间点上，串行执行时必然只有一个任务在执行，而并行则不一定。）
知乎有个很有意思的回答，大家可以看下：
你吃饭吃到一半，电话来了，你一直到吃完了以后才去接，这就说明你不支持并发也不支持并行。
你吃饭吃到一半，电话来了，你停了下来接了电话，接完后继续吃饭，这说明你支持并发。
你吃饭吃到一半，电话来了，你一边打电话一边吃饭，这说明你支持并行。
并发的关键是你有处理多个任务的能力，不一定要同时。并行的关键是你有同时处理多个任务的能力。所以我认为它们最关键的点就是：是否是同时。
来源：知乎
8.synchronized 的实现原理以及锁优化？
synchronized是Java中的关键字，是一种同步锁。synchronized关键字可以作用于方法或者代码块。
一般面试时。可以这么回答：
8.1 monitorenter、monitorexit、ACC_SYNCHRONIZED
如果synchronized作用于代码块，反编译可以看到两个指令：monitorenter、monitorexit，JVM使用monitorenter和monitorexit两个指令实现同步；如果作用synchronized作用于方法,反编译可以看到ACCSYNCHRONIZED标记，JVM通过在方法访问标识符(flags)中加入ACCSYNCHRONIZED来实现同步功能。
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同步代码块是通过
monitorenter和monitorexit来实现，当线程执行到monitorenter的时候要先获得monitor锁，才能执行后面的方法。当线程执行到monitorexit的时候则要释放锁。 -
同步方法是通过中设置ACCSYNCHRONIZED标志来实现，当线程执行有ACCSYNCHRONI标志的方法，需要获得monitor锁。每个对象都与一个monitor相关联，线程可以占有或者释放monitor。
8.2 monitor监视器
monitor是什么呢？操作系统的管程（monitors）是概念原理，ObjectMonitor是它的原理实现。
在Java虚拟机（HotSpot）中，Monitor（管程）是由ObjectMonitor实现的，其主要数据结构如下：
ObjectMonitor() { _header = NULL; _count = 0; // 记录个数 _waiters = 0, _recursions = 0; _object = NULL; _owner = NULL; _WaitSet = NULL; // 处于wait状态的线程，会被加入到_WaitSet _WaitSetLock = 0 ; _Responsible = NULL ; _succ = NULL ; _cxq = NULL ; FreeNext = NULL ; _EntryList = NULL ; // 处于等待锁block状态的线程，会被加入到该列表 _SpinFreq = 0 ; _SpinClock = 0 ; OwnerIsThread = 0 ; } 复制代码
ObjectMonitor中几个关键字段的含义如图所示：
8.3 Java Monitor 的工作机理
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想要获取monitor的线程,首先会进入_EntryList队列。
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当某个线程获取到对象的monitor后,进入Owner区域，设置为当前线程,同时计数器count加1。
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如果线程调用了wait()方法，则会进入WaitSet队列。它会释放monitor锁，即将owner赋值为null,count自减1,进入WaitSet队列阻塞等待。
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如果其他线程调用 notify() / notifyAll() ，会唤醒WaitSet中的某个线程，该线程再次尝试获取monitor锁，成功即进入Owner区域。
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同步方法执行完毕了，线程退出临界区，会将monitor的owner设为null，并释放监视锁。
8.4 对象与monitor关联
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在HotSpot虚拟机中,对象在内存中存储的布局可以分为3块区域：对象头（Header），实例数据（Instance Data）和对象填充（Padding）。
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对象头主要包括两部分数据：Mark Word（标记字段）、Class Pointer（类型指针）。
Mark Word 是用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程 ID、偏向时间戳等。
重量级锁，指向互斥量的指针。其实synchronized是重量级锁，也就是说Synchronized的对象锁，Mark Word锁标识位为10，其中指针指向的是Monitor对象的起始地址。
9. 线程有哪些状态？
线程有6个状态,分别是：New, Runnable, Blocked, Waiting, Timed_Waiting, Terminated。
转换关系图如下：
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New：线程对象创建之后、但还没有调用
start()方法，就是这个状态。
public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { Thread thread = new Thread(); System.out.println(thread.getState()); } } //运行结果： NEW 复制代码
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Runnable：它包括就绪（
ready）和运行中（running）两种状态。如果调用start方法，线程就会进入Runnable状态。它表示我这个线程可以被执行啦（此时相当于ready状态），如果这个线程被调度器分配了CPU时间，那么就可以被执行（此时处于running状态）。
public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { Thread thread = new Thread(); thread.start(); System.out.println(thread.getState()); } } //运行结果： RUNNABLE 复制代码
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Blocked： 阻塞的（被同步锁或者IO锁阻塞）。表示线程阻塞于锁，线程阻塞在进入
synchronized关键字修饰的方法或代码块(等待获取锁)时的状态。比如前面有一个临界区的代码需要执行，那么线程就需要等待，它就会进入这个状态。它一般是从RUNNABLE状态转化过来的。如果线程获取到锁，它将变成RUNNABLE状态
Thread t = new Thread(new Runnable { void run() { synchronized (lock) { // 阻塞于这里，变为Blocked状态 // dothings } } }); t.getState(); //新建之前，还没开始调用start方法，处于New状态 t.start(); //调用start方法，就会进入Runnable状态 复制代码
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WAITING : 永久等待状态，进入该状态的线程需要等待其他线程做出一些特定动作（比如通知）。处于该状态的线程不会被分配CPU执行时间，它们要等待被显式地唤醒，否则会处于无限期等待的状态。一般
Object.wait。
Thread t = new Thread(new Runnable { void run() { synchronized (lock) { // Blocked // dothings while (!condition) { lock.wait(); // into Waiting } } } }); t.getState(); // New t.start(); // Runnable 复制代码
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TIMED_WATING: 等待指定的时间重新被唤醒的状态。有一个计时器在里面计算的，最常见就是使用
Thread.sleep方法触发，触发后，线程就进入了Timed_waiting状态，随后会由计时器触发，再进入Runnable状态。
Thread t = new Thread(new Runnable { void run() { Thread.sleep(1000); // Timed_waiting } }); t.getState(); // New t.start(); // Runnable 复制代码
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终止(TERMINATED)：表示该线程已经执行完成。
再来看个代码demo吧：
*/ public class ThreadTest { private static Object object = new Object(); public static void main(String[] args) throws Exception { Thread thread = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { try { for(int i = 0; i< 1000; i++){ System.out.print(""); } Thread.sleep(500); synchronized (object){ object.wait(); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }); Thread thread1 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { try { synchronized (object){ Thread.sleep(1000); } Thread.sleep(1000); synchronized (object){ object.notify(); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }); System.out.println("1"+thread.getState()); thread.start(); thread1.start(); System.out.println("2"+thread.getState()); while (thread.isAlive()){ System.out.println("---"+thread.getState()); Thread.sleep(100); } System.out.println("3"+thread.getState()); } } 运行结果: 1NEW 2RUNNABLE ---RUNNABLE ---TIMED_WAITING ---TIMED_WAITING ---TIMED_WAITING ---TIMED_WAITING ---BLOCKED ---BLOCKED ---BLOCKED ---BLOCKED ---BLOCKED ---WAITING ---WAITING ---WAITING ---WAITING ---WAITING ---WAITING ---WAITING ---WAITING ---WAITING 复制代码
10. synchronized和ReentrantLock的区别？
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Synchronized是依赖于JVM实现的，而ReenTrantLock是API实现的。 -
在
Synchronized优化以前，synchronized的性能是比ReenTrantLock差很多的，但是自从Synchronized引入了偏向锁，轻量级锁（自旋锁）后，两者性能就差不多了。 -
Synchronized的使用比较方便简洁，它由编译器去保证锁的加锁和释放。而ReenTrantLock需要手工声明来加锁和释放锁，最好在finally中声明释放锁。 -
ReentrantLock可以指定是公平锁还是⾮公平锁。⽽synchronized只能是⾮公平锁。 -
ReentrantLock可响应中断、可轮回，而Synchronized是不可以响应中断的
11. wait(),notify()和suspend(),resume()之间的区别
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wait()方法使得线程进入阻塞等待状态，并且释放锁 -
notify()唤醒一个处于等待状态的线程，它一般跟wait（）方法配套使用。 -
suspend()使得线程进入阻塞状态，并且不会自动恢复，必须对应的resume()被调用，才能使得线程重新进入可执行状态。suspend()方法很容易引起死锁问题。 -
resume()方法跟suspend()方法配套使用。
suspend()不建议使用,因为suspend()方法在调用后，线程不会释放已经占有的资 源（比如锁），而是占有着资源进入睡眠状态，这样容易引发死锁问题。
12. CAS？CAS 有什么缺陷，如何解决？
CAS,全称是Compare and Swap，翻译过来就是比较并交换；
CAS涉及3个操作数，内存地址值V，预期原值A，新值B；如果内存位置的值V与预期原A值相匹配，就更新为新值B，否则不更新
CAS有什么缺陷？
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ABA 问题
并发环境下，假设初始条件是A，去修改数据时，发现是A就会执行修改。但是看到的虽然是A，中间可能发生了A变B，B又变回A的情况。此时A已经非彼A，数据即使成功修改，也可能有问题。
可以通过AtomicStampedReference 解决ABA问题，它，一个带有标记的原子引用类，通过控制变量值的版本来保证CAS的正确性。
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循环时间长开销
自旋CAS，如果一直循环执行，一直不成功，会给CPU带来非常大的执行开销。很多时候，CAS思想体现，是有个自旋次数的，就是为了避开这个耗时问题~
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只能保证一个变量的原子操作。
CAS 保证的是对一个变量执行操作的原子性，如果对多个变量操作时，CAS 目前无法直接保证操作的原子性的。可以通过这两个方式解决这个问题：1. 使用互斥锁来保证原子性； 2.将多个变量封装成对象，通过AtomicReference来保证原子性。
有兴趣的朋友可以看看我之前的这篇实战文章哈~CAS乐观锁解决并发问题的一次实践
13. 说说CountDownLatch与CyclicBarrier 区别
CountDownLatch和CyclicBarrier都用于让线程等待，达到一定条件时再运行。主要区别是：
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CountDownLatch：一个或者多个线程，等待其他多个线程完成某件事情之后才能执行;
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CyclicBarrier：多个线程互相等待，直到到达同一个同步点，再继续一起执行。
举个例子吧：
CountDownLatch：假设老师跟同学约定周末在公园门口集合，等人齐了再发门票。那么，发门票（这个主线程），需要等各位同学都到齐（多个其他线程都完成），才能执行。
CyclicBarrier:多名短跑运动员要开始田径比赛，只有等所有运动员准备好，裁判才会鸣枪开始，这时候所有的运动员才会疾步如飞。
14. 什么是多线程环境下的伪共享
14.1 什么是伪共享？
CPU的缓存是以缓存行(cache line)为单位进行缓存的，当多个线程修改相互独立的变量，而这些变量又处于同一个缓存行时就会影响彼此的性能。这就是伪共享
现代计算机计算模型:
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CPU执行速度比内存速度快好几个数量级，为了提高执行效率，现代计算机模型演变出CPU、缓存（L1，L2，L3），内存的模型。
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CPU执行运算时，如先从L1缓存查询数据，找不到再去L2缓存找，依次类推，直到在内存获取到数据。
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为了避免频繁从内存获取数据，聪明的科学家设计出缓存行，缓存行大小为64字节。
也正是因为缓存行的存在，就导致了伪共享问题，如图所示：
假设数据a、b被加载到同一个缓存行。
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当线程1修改了a的值，这时候CPU1就会通知其他CPU核，当前缓存行（Cache line）已经失效。
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这时候，如果线程2发起修改b，因为缓存行已经失效了，所以「core2 这时会重新从主内存中读取该 Cache line 数据」。读完后，因为它要修改b的值，那么CPU2就通知其他CPU核，当前缓存行（Cache line）又已经失效。
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酱紫，如果同一个Cache line的内容被多个线程读写，就很容易产生相互竞争，频繁回写主内存，会大大降低性能。
14.2 如何解决伪共享问题
既然伪共享是因为相互独立的变量存储到相同的Cache line导致的，一个缓存行大小是64字节。那么，我们就可以使用空间换时间的方法，即数据填充的方式，把独立的变量分散到不同的Cache line~
来看个例子:
*/ public class FalseShareTest { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Rectangle rectangle = new Rectangle(); long beginTime = System.currentTimeMillis(); Thread thread1 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 100000000; i++) { rectangle.a = rectangle.a + 1; } }); Thread thread2 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 100000000; i++) { rectangle.b = rectangle.b + 1; } }); thread1.start(); thread2.start(); thread1.join(); thread2.join(); System.out.println("执行时间" + (System.currentTimeMillis() - beginTime)); } } class Rectangle { volatile long a; volatile long b; } //运行结果： 执行时间2815 复制代码
一个long类型是8字节，我们在变量a和b之间不上7个long类型变量呢，输出结果是啥呢？如下：
class Rectangle { volatile long a; long a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7; volatile long b; } //运行结果 执行时间1113 复制代码
可以发现利用填充数据的方式，让读写的变量分割到不同缓存行，可以很好挺高性能~
15. Fork/Join框架的理解
Fork/Join框架是Java7提供的一个用于并行执行任务的框架，是一个把大任务分割成若干个小任务，最终汇总每个小任务结果后得到大任务结果的框架。
Fork/Join框架需要理解两个点，「分而治之」和「工作窃取算法」。
分而治之
以上Fork/Join框架的定义，就是分而治之思想的体现啦
工作窃取算法
把大任务拆分成小任务，放到不同队列执行，交由不同的线程分别执行时。有的线程优先把自己负责的任务执行完了，其他线程还在慢慢悠悠处理自己的任务，这时候为了充分提高效率，就需要工作盗窃算法啦~
工作盗窃算法就是，「某个线程从其他队列中窃取任务进行执行的过程」。一般就是指做得快的线程（盗窃线程）抢慢的线程的任务来做，同时为了减少锁竞争，通常使用双端队列，即快线程和慢线程各在一端。