2021年JAVA多线程并发编程面试题（持续更新）
这里写目录标题
- 并发编程基础
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- blocked 和 waiting 的区别
- 线程的 run()和 start()有什么区别？
- 为什么我们调用 start() 方法时会执行 run() 方法，为什么我们不能直接调用 run() 方法？
- 说说线程的生命周期及五种基本状态？
- Java 中用到的线程调度算法是什么？
- 线程同步以及线程调度相关的方法。
- sleep() 和 wait() 有什么区别？
- 线程的 sleep()方法和 yield()方法有什么区别？
- 同步方法和同步块，哪个是更好的选择？
- 如果你提交任务时，线程池队列已满，这时会发生什么
- 什么叫线程安全？servlet、controller 是线程安全吗?
- 在 Java 程序中怎么保证多线程的运行安全？
- 如何保证线程同步
- Synchronized：
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- Synchronized 原理
- synchronized 三种使用方式（修饰实例、静态方法、静态代码块）：
- 多线程中 synchronized 锁升级的原理是什么？
- synchronized 锁升级的过程
- 线程 B 怎么知道线程 A 修改了变量
- synchronized 和 Lock 有什么区别？
- synchronized 和 ReentrantLock 区别是什么？
- volatile：
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- volatile 关键字的作用
- Java 中能创建 volatile 数组吗？
- volatile 变量和 atomic 变量有什么不同？
- volatile 能使得一个非原子操作变成原子操作吗？
- volatile 修饰符的有过什么实践？
- synchronized 和 volatile 的区别是什么？
- JUC 包中的内容
并发编程基础
blocked 和 waiting 的区别
BLOCKED 和 WAITING 都是非活动线程的状态. WAITING 线程是已经分配到了CPU时间，但是需要等待事件发生所以主动释放了CPU，直到某些事件完成后调用了notify()唤醒, 也就是WAITTING线程是自己现在不想要CPU时间，但是BLOCKED线程是想要的，但是BLOCKED线程没有获得锁，所以轮不到BLOCKED线程。
线程的 run()和 start()有什么区别？
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。
为什么我们调用 start() 方法时会执行 run() 方法，为什么我们不能直接调用 run() 方法？
这是另一个非常经典的 java 多线程面试问题，而且在面试中会经常被问到。很简单，但是很多人都会答不上来！
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。
说说线程的生命周期及五种基本状态？
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新建(new)：新创建了一个线程对象。
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可运行(runnable)：线程对象创建后，当调用线程对象的 start()方法，该线程处于就绪状态，等待被线程调度选中，获取cpu的使用权。
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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。注：就绪状态是进入到运行状态的唯一入口，也就是说，线程要想进入运行状态执行，首先必须处于就绪状态中；
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阻塞(block)：处于运行状态中的线程由于某种原因，暂时放弃对 CPU的使用权，停止执行，此时进入阻塞状态，直到其进入到就绪状态，才 有机会再次被 CPU 调用以进入到运行状态。
阻塞的情况分三种：
(一). 等待阻塞：运行状态中的线程执行 wait()方法，JVM会把该线程放入等待队列(waitting queue)中，使本线程进入到等待阻塞状态；
(二). 同步阻塞：线程在获取 synchronized 同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，，则JVM会把该线程放入锁池(lock pool)中，线程会进入同步阻塞状态；
(三). 其他阻塞: 通过调用线程的 sleep()或 join()或发出了 I/O 请求时，线程会进入到阻塞状态。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，线程重新转入就绪状态。
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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。
Java 中用到的线程调度算法是什么？
有两种调度模型：分时调度模型和抢占式调度模型。
线程同步以及线程调度相关的方法。
（1） wait()：使一个线程处于等待（阻塞）状态，并且释放所持有的对象的锁；
（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，调用此方法要处理 InterruptedException 异常；
（3）notify()：唤醒一个处于等待状态的线程，当然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，而且与优先级无关；
（4）notityAll()：唤醒所有处于等待状态的线程，该方法并不是将对象的锁给所有线程，而是让它们竞争，只有获得锁的线程才能进入就绪状态；
sleep() 和 wait() 有什么区别？
两者都可以暂停线程的执行
- 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。
线程的 sleep()方法和 yield()方法有什么区别？
（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。
同步方法和同步块，哪个是更好的选择？
同步块是更好的选择，因为它不会锁住整个对象（当然你也可以让它锁住整个对象）。同步方法会锁住整个对象，哪怕这个类中有多个不相关联的同步块，这通常会导致他们停止执行并需要等待获得这个对象上的锁。
同步块更要符合开放调用的原则，只在需要锁住的代码块锁住相应的对象，这样从侧面来说也可以避免死锁。
请知道一条原则：同步的范围越小越好。
如果你提交任务时，线程池队列已满，这时会发生什么
这里区分一下：
（1）如果使用的是无界队列 LinkedBlockingQueue，也就是无界队列的话，没关系，继续添加任务到阻塞队列中等待执行，因为 LinkedBlockingQueue 可以近乎认为是一个无穷大的队列，可以无限存放任务
（2）如果使用的是有界队列比如 ArrayBlockingQueue，任务首先会被添加到ArrayBlockingQueue 中，ArrayBlockingQueue 满了，会根据maximumPoolSize 的值增加线程数量，如果增加了线程数量还是处理不过来，ArrayBlockingQueue 继续满，那么则会使用拒绝策略RejectedExecutionHandler 处理满了的任务，默认是 AbortPolicy
什么叫线程安全？servlet、controller 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。
在 Java 程序中怎么保证多线程的运行安全？
- 方法一：使用安全类，比如 java.util.concurrent 下的类，使用原子类AtomicInteger
- 方法二：使用自动锁 synchronized。
- 方法三：使用手动锁 Lock。
手动锁的代码：
Lock lock = new ReentrantLock();
lock. lock();
try {
System. out. println("获得锁");
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
} finally {
System. out. println("释放锁");
lock. unlock();
}
如何保证线程同步
- synchronized 修饰方法
- synchronized 修饰代码块
- ReentrantLock
- 使用 volatile
Synchronized：
Synchronized 原理
java虚拟机里面的同步是基于进入和退出monitor对象实现的，无论是显式同步(同步代码块)还是隐式同步都是如此，当同步方法的时候并不是由monitorenter和monitorexit指令来实现同步的，而是由方法调用指令读取运行时常量池中的表结构的ACC_SYNCHRONIZED标志来隐式实现的;
同步代码块：monitorenter插入到同步代码块开始位置，monitorexit指令插入到同步代码块结束的位置，任何对象都有一个monitor与之关联，当且一个monitor被持有了之后，他将处于锁定的状态，当线程执行到monitorenter的地方时，他将会尝试获取对象锁持有的monitor所有权，即获取对象的锁;
monitorenter：每个对象都是一个监视器锁(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，然后将进入数置为1，该线程即为monitor的持有者;
2.如果线程已经占有该锁，只是重新进入，则将monitor的进入数加1;
3.如果其他线程已经占有了该锁，那么该线程就处于阻塞状态，直到monitor的进入数为0，则将再次尝试获取该锁的所有权;
monitorexit：执行monitorexit的线程必须是对象所对应的monitor的持有者，指令执行时，monitor的进入数减1，直到monitor的进入数为0时，他将不再是该对象的monitor的持有者，其他被这个monitor阻塞的线程将尝试获取该monitor的所有权;
对于方法来说，方法的同步并没有通过monitorenter和monitorexit来实现(理论上也是通过这两个指令来实现的)，相比与普通方法，其常量池中多了ACC_SYNCHRONIZED标志符;
方法调用时，调用指令会先检测方法的ACC_SYNCHRONIZED访问标志有没有被设置，如果设置了，执行线程将会获取monitor，获取成功之后才可以执行方法体，方法执行完之后会释放monitor，在方法执行期间，任何其他线程将不能获取到同一个monitor对象;
两种同步方式本质上没有区别，只是方法的同步是一种隐式的方式来实现，无需通过字节码来完成。两个指令的执行是JVM通过调用操作系统的互斥原语mutex来实现，被阻塞的线程会被挂起、等待重新调度，会导致“用户态和内核态”两个态之间来回切换，对性能有较大影响。
synchronized 三种使用方式（修饰实例、静态方法、静态代码块）：
- 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锁
- 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。
总结： synchronized 关键字加到 static 静态方法和 synchronized(class)代码块上都是是给 Class 类上锁。synchronized 关键字加到实例方法上是给对象实例上锁。尽量不要使用 synchronized(String a) 因为JVM中，字符串常量池具有缓存功能！
多线程中 synchronized 锁升级的原理是什么？
在锁对象的对象头里面有一个 threadid 字段，在第一次访问的时候 threadid 为空，jvm 让其持有偏向锁，并将 threadid 设置为其线程 id，再次进入的时候会先判断 threadid 是否与其线程 id 一致，如果一致则可以直接使用此对象，如果不一致，则升级偏向锁为轻量级锁，通过自旋循环一定次数来获取锁，执行一定次数之后，如果还没有正常获取到要使用的对象，此时就会把锁从轻量级升级为重量级锁，此过程就构成了 synchronized 锁的升级。
锁的升级的目的：锁升级是为了减低了锁带来的性能消耗。在 Java 6 之后优化 synchronized 的实现方式，使用了偏向锁升级为轻量级锁再升级到重量级锁的方式，从而减低了锁带来的性能消耗。
synchronized 锁升级的过程
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偏向锁 → 轻量级锁(自旋锁) → 重量级锁
1.6 之前，自旋超过 10次 或者 等待的线程超过cpu核数的1/2，就升级成重量级锁
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
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。
synchronized 和 ReentrantLock 区别是什么？
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
volatile：
volatile 关键字的作用
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)。
Java 中能创建 volatile 数组吗？
能，Java 中可以创建 volatile 类型数组，不过只是一个指向数组的引用，而不是整个数组。意思是，如果改变引用指向的数组，将会受到 volatile 的保护，但是如果多个线程同时改变数组的元素，volatile 标示符就不能起到之前的保护作用了。
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。
volatile 能使得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
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;
}
}
synchronized 和 volatile 的区别是什么？
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。
JUC 包中的内容
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-SYB7F0tb-1613624162605)(https://s3-us-west-2.amazonaws.com/secure.notion-static.com/ba15dcf9-0864-4c2b-9702-1488311a5196/Untitled.png)]
参考：https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/104863992