史上最强多线程面试题合集

史上最强多线程面试题合集

在多线程的世界里，不同的语言、不同的框架、不同的系统都有着自己的多线程实现方式和优化方案。因此，多线程相关的面试题也是各种面试中必不可少的内容。本篇博客将从基础到底层代码层层递进，提供最全面的多线程相关的面试题，帮助读者全面掌握多线程知识。

1. 基础篇

1.1 多线程和单线程的区别是什么？

多线程是指在一个程序中同时运行多个线程，每个线程拥有自己的执行代码、数据栈和程序计数器。多线程可以同时执行多个任务，从而提高程序的运行效率。而单线程是指在一个程序中只有一个线程在运行，只能同时执行一个任务。

1.2 什么是线程安全？

线程安全指的是在多线程环境下，多个线程同时访问同一个共享资源时，不会出现数据不一致的情况。线程安全的实现需要保证多个线程对共享资源的访问是有序的、互斥的、同步的。

1.3 什么是线程同步？

线程同步是指多个线程之间按照一定的顺序协调执行，以保证共享资源的正确访问。线程同步的实现方式有很多，例如使用锁、信号量、条件变量等。

1.4 什么是线程死锁？

线程死锁是指两个或多个线程在互相等待对方释放资源的过程中，都无法继续执行下去，导致整个程序停滞不前。线程死锁的发生通常是由于线程之间的资源竞争导致的。

1.5 什么是线程池？

线程池是一种线程管理机制，它通过预先创建一定数量的线程，并维护一个任务队列，来提高线程的复用率和执行效率。线程池可以有效地避免线程的频繁创建和销毁，从而减少系统开销。线程池的实现方式有很多，例如使用ThreadPoolExecutor类、Executors工厂类等。

2. 进阶篇

2.1 什么是CAS操作？

CAS（Compare and Swap）操作是一种无锁算法，用于解决多线程之间的原子性问题。CAS操作包含三个操作数，分别是内存地址V、旧的预期值A和新的值B。当且仅当内存地址V的值等于旧的预期值A时，才会将内存地址V的值更新为新的值B。CAS操作是一种乐观锁机制，可以避免线程之间的竞争，提高程序的性能。

2.2 什么是原子类？

原子类是一种线程安全的数据类型，它可以保证对于其中的操作都是原子性的。Java中提供了很多原子类，例如AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference等。原子类的实现方式通常是使用CAS操作来保证线程安全。

2.3 什么是可重入锁？

可重入锁是一种支持重复加锁的锁机制，它可以避免线程死锁和死循环等问题。可重入锁的实现方式有很多，例如使用ReentrantLock类、synchronized关键字等。

ReentrantLock的实现逻辑如下：

加锁

1. 首先尝试通过CAS操作将state值从0改为1，如果成功则表示当前线程获得了锁；
2. 如果当前线程已经获得了锁，则将state值加1，并返回；
3. 如果当前线程没有获得锁，将当前线程封装成一个Node对象，加入等待队列中；
4. 如果加入等待队列的过程中发现自己是队列中的第一个节点，则再次尝试通过CAS操作将state值从0改为1，如果成功则表示当前线程获得了锁；如果失败则继续等待。

解锁

1. 首先尝试通过CAS操作将state值从1改为0，如果成功则表示当前线程释放了锁；
2. 如果当前线程还持有锁，则将state值减1，并返回；
3. 如果当前线程不再持有锁，则将等待队列中的第一个节点出队，并通过LockSupport唤醒该节点对应的线程。

公平锁和非公平锁

ReentrantLock支持公平锁和非公平锁，默认为非公平锁。在公平锁模式下，线程会先尝试获取锁，如果获取不到则加入等待队列中，等待队列中的线程按照FIFO的顺序竞争锁。在非公平锁模式下，线程会直接尝试获取锁，如果获取不到则加入等待队列中，等待队列中的线程可以通过竞争获取锁。

ReentrantLock的实现逻辑是通过AQS实现的，它通过维护同步状态和等待队列来实现锁的功能。ReentrantLock支持重进入，公平锁和非公平锁等特性，可以满足不同场景下的需求。

2.4 什么是读写锁？

读写锁是一种特殊的锁机制，它可以分离读操作和写操作，从而提高程序的并发性能。读写锁允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程进行写操作。读写锁的实现方式通常是使用ReentrantReadWriteLock类。

2.5 什么是线程本地存储？

线程本地存储是一种线程私有的数据存储机制，它可以在不同的线程之间隔离数据，从而避免线程之间的竞争。线程本地存储的实现方式有很多，例如使用ThreadLocal类。

3. 高级篇

3.1 什么是AQS？

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java中用于实现锁和同步器的框架，它提供了一种基于FIFO队列的可扩展、灵活的同步机制。AQS通过内部维护一个双向链表来实现线程的排队和唤醒，从而提高了并发性能。

3.2 什么是NIO？

NIO（New IO）是Java中的一种I/O模型，它提供了非阻塞式的I/O操作。NIO通过使用Channel和Buffer来实现对文件和网络的读写操作，从而提高了I/O操作的效率。

3.3 什么是线程调度？

线程调度是指操作系统对于线程之间的执行顺序进行调整，以达到最优的性能和资源利用率。线程调度的实现方式有很多，例如使用时间片轮转法、优先级调度法等。

3.4 什么是线程间通信？

线程间通信是指多个线程之间通过共享的内存区域或者特定的通信方式来进行数据交换和协作。线程间通信的实现方式有很多，例如使用wait()、notify()、notifyAll()等方法，或者使用管道、消息队列等通信方式。

3.5 什么是线程安全性？

线程安全性是指在多线程环境下，程序的行为仍然是正确和可预期的。线程安全性通常分为三个级别，分别是不可变性、线程安全性和可重入性。不可变性指的是在对象的生命周期内，对象的状态不会发生变化；线程安全性指的是在多线程环境下，对象的状态仍然是正确和可预期的；可重入性指的是一个线程在持有锁的情况下，可以再次获得同一个锁。

4. 底层篇

4.1 什么是CPU缓存？

CPU缓存是指CPU内部的高速缓存，用于存储最近访问的数据和指令，以提高程序的执行效率。CPU缓存通常分为三级，分别是L1、L2和L3缓存，缓存的大小和速度会随着层级的升高而逐渐增大和降低。

4.2 什么是锁粗化？

锁粗化是一种优化技术，它可以将多个连续的锁操作合并成一个大的锁操作，从而减少锁的持有时间和竞争次数，提高程序的性能。锁粗化的实现方式通常是使用编译器进行优化。

4.3 什么是指令重排？

指令重排是一种编译器和CPU的优化技术，它可以改变程序中指令的执行顺序，以提高程序的执行效率。但是指令重排可能