Java并发面试题（一）

1．什么是 Java 中的线程同步？

线程同步的目的是为了保证多个线程访问共享资源时，能够避免数据的不一致性和竞争条件。Java提供了多种机制来实现线程同步，包括synchronized关键字、显式锁（ReentrantLock）、信号量（Semaphore）、读写锁（ReadWriteLock）等。

2．Java 中的线程安全是什么意思？

Java语言里的线程安全讨论线程安全，将以多个线程之间存在共享数据访问为前提。否则线程是串行执行还是多线程执行根本没有任何区别。但线程安全并不是分为安全和不安全两类，而是以【安全程度】来分为5类：
①　不可变：在Java语言里，不可变的对象一定是线程安全的，无论是对象的方法实现或是方法的调用者，都不需要进行任何的线程安全保障措施。如果多线程共享的数据是一个基本数据类型，使用final关键字修饰它就可以保证是不可变的；对于引用数据类型，则需要对象自行保证其行为不会对其状态产生影响。例如java.lang.String类，它是一个典型的不可变对象，用户调用其substring()、replace()、concat()这些方法都不会影响它原来的值，只会返回一个新构造的字符串对象。
②　绝对线程安全：“不管运行时环境如何，调用者都不需要任何额外的同步措施”。Java语言中标注自己是线程安全的类，使用起来都不是绝对线程安全。例如Vector，它是一个线程安全的容器，类里面的方法都使用了synchronized修饰，但并不意味着调用它的方法就是绝对线程安全的。

3．什么是协程？Java 支持协程吗？

协程是一种轻量级的线程模型，也称为用户态线程，Java通过虚拟线程支持了协程的概念。
协程的调度由开发者（或运行时库）显式控制，协程主动让出执行权（yield），而不是像线程那样被操作系统强制抢占。协程的切换开销极小（通常只有纳秒级）。协程的栈空间可以动态调整（如几KB到几十KB），远小于线程的固定栈（通常几MB）。因此，单机可以轻松创建数百万个协程。协程通过挂起（suspend）机制避免阻塞线程。例如，遇到I/O操作时，协程自动挂起，让出CPU资源，待I/O完成后恢复执行。

4．线程的生命周期在 Java 中是如何定义的？

在Java中，线程的生命周期可以细化为六个状态。
①　新建（New）：当程序使用new关键字创建了一个线程后，此时由JVM为其分配内存，并初始化其成员变量的值。Java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器，等到调度运行。
②　可运行（Runnable）：调用线程的start()方法后，线程进入可运行状态，等待CPU调度。
③　运行（Running）：处于可运行状态的线程获得CPU分片后，执行run()方法。
④　阻塞（Blocked）：线程试图获取一个对象锁而被阻塞。
⑤　等待资源（Waiting）：线程进入等待状态，但没有指定等待时间，需要被其他线程显式唤醒。
⑥　含等待时间的等待状态（TimedWaiting）：线程进入等待状态，但指定了等待时间，超时后会被唤醒。
⑦　终止（Terminated）：线程执行完成或因异常退出，生命周期结束。
⑧　以上就是Java中线程生命周期的六个状态，理解这些状态有助于开发者更好地管理和控制多线程程序。

5．Java 中线程之间如何进行通信？

Java多线程通信方法主要包括以下几种：
①　共享变量：多个线程可以共享同一个变量，通过读写该变量来进行通信。这种方式简单，但需要注意同步问题，防止数据不一致。
②　等待/通知机制：使用wait()、notify()和notifyAll()方法来实现线程之间的等待和通知。其中，wait()方法使当前线程进入等待状态，直到被其他线程调用notify()或notifyAll()方法来唤醒；notify()方法唤醒在该对象上等待的一个线程；notifyAll()方法唤醒在该对象上等待的所有线程。
③　使用阻塞队列：通过阻塞队列（例如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue等）来实现线程之间的数据传递。阻塞队列提供了put()和take()方法，分别用于向队列中添加元素和从队列中获取元素，如果队列为空或已满，则阻塞线程，直到条件满足。
④　Condition条件变量：Condition是在Java 5中引入的用于替代传统的Object的wait()和notify()方法的方式，它提供了更加灵活和精细的线程通信机制。通过Lock对象的newCondition()方法创建一个Condition对象，并使用await()和signal()方法来实现线程等待和唤醒操作。
⑤　CountDownLatch：CountDownLatch是一个同步工具类，它可以让一个或多个线程等待其他线程完成操作后再继续执行。在CountDownLatch对象创建时需要指定一个计数值，当计数值为0时，等待的线程就可以继续执行。

6．Java 中如何创建多线程？

** 在Java中创建多线程主要有三种方式：继承Thread类、实现Runnable接口以及使用Executor框架。
继承Thread类**
①　定义一个类继承Thread类，并重写Thread类的run()方法，run()方法的方法体就是线程要完成的任务，因此把run()称为线程的执行体；
②　创建该类的实例对象，即创建了线程对象；
③　调用线程对象的start()方法来启动线程。
实现Runnable接口
④　定义一个类实现Runnable接口；
⑤　创建该类的实例对象obj；
⑥　将obj作为构造器参数传入Thread类实例对象，这个对象才是真正的线程对象；
⑦　调用线程对象的start()方法启动该线程。
使用Executor框架
⑧　创建一个实现了Runnable接口的类；
⑨　实现类去实现Runnable中的抽象方法:run();
⑩　将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象；
⑪　通过Thread类的对象调用start()。

7．你了解 Java 线程池的原理吗？

Java线程池的原理是通过线程集合（workerSet）和阻塞队列（workQueue）来管理和调度线程的执行。

Java线程池的实现原理是通过线程集合（workerSet）和阻塞队列（workQueue）来管理和调度线程的执行。当用户向线程池提交一个任务（也就是线程）时，线程池会先将任务放入workQueue中。workerSet中的线程会不断地从workQueue中获取线程然后执行。当workQueue中没有任务的时候，worker就会阻塞，直到队列中有任务了就取出来继续执行。corePoolSize规定线程池有几个线程(worker)在运行。maximumPoolSize规定线程池最多只能有多少个线程(worker)在执行。keepAliveTime超出corePoolSize大小的那些线程的生存时间，这些线程如果长时间没有执行任务并且超过了keepAliveTime设定的时间，就会消亡。threadFactory创建线程的工厂。

8．如何合理地设置 Java 线程池的线程数？

设置Java线程池的线程数需要考虑多个因素，包括系统的CPU核心数、任务的类型（CPU密集型、I/O密集型或混合型）、系统资源以及任务的执行时间。
以下是根据不同任务类型设置线程池大小的一些建议：
①　CPU密集型任务：线程池的大小通常设置为N+1，其中N是可用CPU核心数。额外的一个线程用于应对偶尔的任务阻塞或意外的上下文切换。
②　I/O密集型任务：由于线程在等待I/O操作时会空闲，因此可以适当增加线程池的大小。一个经验公式是：线程池大小=CPU核心数*(1+平均等待时间/平均工作时间)。
③　混合型任务：可以将任务分为CPU密集型和I/O密集型，然后分别使用不同的线程池去处理。

9．Java 线程池有哪些拒绝策略？

Java线程池拒绝策略包括：CallerRunsPolicy、AbortPolicy、DiscardPolicy和DiscardOldestPolicy。
以下是每种拒绝策略的详细说明：

10．Java 并发库中提供了哪些线程池实现？它们有什么区别？

主要线程池实现的详细对比：

11．Java 线程池核心线程数在运行过程中能修改吗？如何修改？

可以
java线程池核心线程数在运行过程中可以修改。
Java的ThreadPoolExecutor提供了动态调整核心线程数和最大线程数的方法。使用ThreadPoolExecutor.setCorePoolSize(int corePoolSize)方法可以动态修改核心线程数。corePoolSize参数代表线程池中的核心线程数，当池中线程数量少于核心线程数时，会创建新的线程来处理任务。这个修改可以在线程池运行的过程中进行，立即生效。核心线程数的修改不会中断现有任务，新的核心线程数会在新任务到来时生效。

12．Java 线程池中 shutdown 与 shutdownNow 的区别是什么？

shutdown只是将线程池的状态设置为SHUTWDOWN状态，正在执行的任务会继续执行下去，没有被执行的则中断。而shutdownNow则是将线程池的状态设置为STOP，正在执行的任务则被停止，没被执行任务的则返回。

13．Java 线程池内部任务出异常后，如何知道是哪个线程出了异常？

**在Java线程池中，当内部任务出异常后，可以通过自定义任务实现、使用ThreadFactory、设置异常处理器等方法知道是哪个线程出了异常。
自定义任务实现**
为提交给线程池的任务实现一个自定义的Runnable或Callable，并在其run或call方法中捕获异常。在捕获异常时，你可以记录当前线程的名称（通过Thread.currentThread().getName()获取）以及其他相关的上下文信息，如任务ID、任务参数等。

使用ThreadFactory
创建线程池时，可以指定一个自定义的ThreadFactory。在这个工厂中，你可以为创建的每个线程设置一个唯一的名称或属性，这样在异常发生时，你就可以通过线程的名称或属性来识别它。

设置异常处理器
线程池允许你设置一个UncaughtExceptionHandler来处理未捕获的异常。在这个处理器中，你可以访问抛出异常的线程，并记录或处理这个异常。

重写ThreadPoolExecutor的afterExecute()方法
通过重写ThreadPoolExecutor的afterExecute()方法，可以在任务执行完成后被调用，无论任务是正常完成还是抛出了异常。可以在该方法中捕获异常，并记录与当前线程相关的信息，例如线程名称、ID等，从而帮助定位问题。

为线程池中的每个线程设置自定义的UncaughtExceptionHandler
为线程池中的每个线程设置自定义的UncaughtExceptionHandler，以便在未捕获的异常发生时进行处理。这种方式允许开发者在异常发生时获取详细的线程信息。

14．Java 中的 DelayQueue 和 ScheduledThreadPool 有什么区别？

Java中的DelayQueue和ScheduledThreadPool的主要区别在于灵活性和适用场景。
DelayQueue更灵活，适合需要深度控制任务存储和执行逻辑的场景。它是一个基于优先队列的无界阻塞队列，适用于需要对任务的存储和执行进行精细控制的情况。而ScheduledThreadPool更强大，适合大多数单机定时任务需求（延迟/周期性任务）。它是Java 5.0引入的，是一个更通用的Timer替代品，允许多个服务线程，可以配置为等同于Timer的单线程模式。

15．什么是 Java 的 Timer？

Java中的Timer是java.util包中提供的一个工具类，用于在指定的时间或周期性地执行任务。
Java的Timer是Java早期（JDK 1.3引入）提供的一种简单定时任务调度机制。以下是Timer的详细说明：类名：java.util.Timer；作用：安排任务（TimerTask）在未来的某个时间执行，可以是单次执行或周期性执行；核心特性：使用单一后台线程处理所有任务。支持延迟执行和固定频率/固定间隔的重复执行。

16．你了解时间轮（Time Wheel）吗？有哪些应用场景？

时间轮（TimeWheel）是一种高效的定时器管理数据结构，特别适用于处理大量定时任务的场景。
时间轮的核心思想是将时间线按固定的间隔分割成若干个时间槽，每个时间槽存放在一个链表或队列中，链表中的元素是将在该时间点触发的定时任务。时间轮类似于一个钟表，每个时间槽相当于钟表上的一个刻度，指针每次移动一个刻度（即一个时间槽），依次检查在该槽中的任务是否需要执行。

17．你使用过哪些 Java 并发工具类？

在Java编程语言中，java.util.concurrent 及其子包提供了一系列并发工具类，用于简化多线程编程和提高程序的性能。以下是一些常用的Java并发工具类。

18．什么是 Java 的 Semaphore？

Java中的Semaphore是一种并发控制工具，用于控制同时访问特定资源的线程数量。
Semaphore通过维护一个许可集来控制同时访问特定资源的线程数量，从而避免资源竞争和潜在的性能问题。它内部维护了一个计数器，其值为可以访问的共享资源的个数。当线程需要访问共享资源时，它首先必须从Semaphore获取一个许可。如果许可可用，那么线程将获取它，并且计数器减一。如果计数器变为零，那么后续尝试获取许可的线程将被阻塞，直到有其他线程释放许可为止。当线程使用完共享资源后，它必须将许可归还给Semaphore，这样其他等待的线程就可以获取许可并继续执行。

19．什么是 Java 的 CyclicBarrier？

CyclicBarrier是Java并发工具类，用于同步多个线程，使其等待所有线程到达指定点后继续执行。
CyclicBarrier，一个同步辅助类，在API中是这么介绍的：它允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点（common barrier point）。因为该barrier在释放等待线程后可以重用，所以称它为循环的barrier。通俗点讲就是：让一组线程到达一个屏障时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续干活。

20．什么是 Java 的 CountDownLatch？

CountDownLatch是Java并发包里的一个工具类，让一个或多个线程等待其他线程完成操作后再继续执行。
CountDownLatch（倒计时锁）是Java并发编程中重要的线程同步辅助工具类，其与join方法功能类似，其可以阻塞住一个或多个线程，等待在某些线程中执行想用的操作，将CountDownLatch倒计时计数到0时，这些被阻塞的线程才能继续向下执行。CountDownLatch可以将一个或多个线程阻塞，并在另外一个或多个线程中将CountDownLatch计数器减为0，被阻塞的线程解除休眠状态，继续执行。