Java线程面试题

什么是线程

线程是操作系统能进行算法调度的最小单位，它被包含在进程中，是进程中的实际操作单位。程序员可以通过它进行多处理器编程。可以使用多线程对运算密集型任务提速。

比如，如果一个线程完成一个任务要100毫秒，那么用十个线程完成改任务只需10毫秒。

线程和进程有什么区别

线程是进程的子集，一个进程可以有多个线程，每条线程并行执行不同的任务。不同的进程使用不同的内存空间，而所有的线程共享一片相同的内存空间。每个线程拥有单独的栈内存用来存储本地数据

如何在Java中实现线程

Java实现多线程可以有三种方法

继承Thread类，实现runnable接口，使用callable和Future创建线程

继承Thread类

继承Thread类的本质也是实现了Runnable接口的一个实例，它代表了一个线程的实例，并且启动线程的唯一方法是通过Thread类的start()实例方法。start方法是一个native方法，它将启动一个新进程，并执行run方法。

public class MyThread extends Thread {
　　public void run() {
　　 System.out.println("MyThread.run()");
　　}
}

实现Runnable接口

如果自己的类已经extends另一个类，就无法直接extends Thread，此时，必须实现一个Runnable接口

public class MyThread extends OtherClass implements Runnable {
　　public void run() {
　　 System.out.println("MyThread.run()");
　　}
}

为了启动MyThread，需要首先实例化一个Thread，并传入自己的MyThread实例

MyThread myThread = new MyThread();
Thread thread = new Thread(myThread);
thread.start();

事实上，当传入一个Runnable target参数给Thread后，Thread的run()方法就会调用target.run()

public void run() {
　　if (target != null) {
　　 target.run();
　　}
}

使用ExecutorService、Callable、Future实现有返回结果的多线程

ExecutorService、Callable、Future这些对象实际上都属于Executor框架中的功能类。

可返回值的任务必须实现Callable接口，类似的，无返回值的任务必须实现Runnbale接口。

执行Callable任务后，可以获取一个Future的对象，在该对象上调用get就可以获取Callable任务返回的Object，再结合线程池接口ExecutorService实现有返回结果的多线程。

用Runnable还是Thread？

Java不支持类的多重继承，但允许调用多个接口。所以如果要继承其他类，就要调用Runnable接口好了。

Java中Runnable和Callable有什么不同？

Runnable和Callable都代表那些要在不同的线程中执行的任务。Runnable从JDK1.0开始就有了，Callable是在JDK1.5增加的。它们的主要区别是Callable的 call() 方法可以返回值和抛出异常，而Runnable的run()方法没有这些功能。Callable可以返回装载有计算结果的Future对象。

Java中CyclicBarrier 和 CountDownLatch有什么不同？

CyclicBarrier 和 CountDownLatch 都可以用来让一组线程等待其它线程。与 CyclicBarrier 不同的是，CountdownLatch 不能重新使用。

Java内存模型是什么？

Java内存模型规定和指引Java程序在不同的内存架构、CPU和操作系统间有确定性地行为。它在多线程的情况下尤其重要。Java内存模型对一个线程所做的变动能被其它线程可见提供了保证，它们之间是先行发生关系。这个关系定义了一些规则让程序员在并发编程时思路更清晰。比如，先行发生关系确保了：

线程内的代码能够按先后顺序执行，这被称为程序次序规则。
对于同一个锁，一个解锁操作一定要发生在时间上后发生的另一个锁定操作之前，也叫做管程锁定规则。
前一个对volatile的写操作在后一个volatile的读操作之前，也叫volatile变量规则。
一个线程内的任何操作必需在这个线程的start()调用之后，也叫作线程启动规则。
一个线程的所有操作都会在线程终止之前，线程终止规则。
一个对象的终结操作必需在这个对象构造完成之后，也叫对象终结规则。
可传递性

Java中的volatile 变量是什么？

volatile是一个特殊的修饰符，只有成员变量才能使用它。在Java并发程序缺少同步类的情况下，多线程对成员变量的操作对其它线程是透明的。volatile变量可以保证下一个读取操作会在前一个写操作之后发生

什么是线程安全？Vector是一个线程安全类吗？

如果代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。一个线程安全的计数器类的同一个实例对象在被多个线程使用的情况下也不会出现计算失误。

可以将集合类分成两组，线程安全和非线程安全的。Vector 是用同步方法来实现线程安全的, 而和它相似的ArrayList不是线程安全的。

Java中什么是竞态条件？举个例子说明

竞态条件会导致程序在并发情况下出现一些bugs。多线程对一些资源的竞争的时候就会产生竞态条件，如果首先要执行的程序竞争失败排到后面执行了，那么整个程序就会出现一些不确定的bugs。这种bugs很难发现而且会重复出现，因为线程间的随机竞争。一个例子就是无序处理。

一个线程运行时发生异常会怎样？

如果异常没有被捕获该线程将会停止执行,如果该异常被捕获，程序将执行处理异常部分代码。

Thread.UncaughtExceptionHandler是用于处理未捕获异常造成线程突然中断情况的一个内嵌接口。当一个未捕获异常将造成线程中断的时候JVM会使用Thread.getUncaughtExceptionHandler()来查询线程的UncaughtExceptionHandler并将线程和异常作为参数传递给handler的uncaughtException()方法进行处理。

如何在两个线程间共享数据？

如果每个线程执行的代码相同，可以使用同一个Runnable对象，这个Runnable对象中有那个共享数据

如果每个线程执行的代码不同，这时候需要用不同的Runnable对象，例如，设计4个线程。其中两个线程每次对j增加1，另外两个线程对j每次减1，银行存取款，可以采用下面两种方法来解决这个问题

将共享数据封装成另外一个对象，然后将这个对象逐一传递给各个Runnable对象，每个线程对共享数据的操作方法也分配到那个对象身上完成，这样容易实现针对数据进行各个操作的互斥和通信
将Runnable对象作为一个类的内部类，共享数据作为这个类的成员变量，每个线程对共享数据的操作方法也封装在外部类，以便实现对数据的各个操作的同步和互斥，作为内部类的各个Runnable对象调用外部类的这些方法。

每个线程执行的代码相同，可以使用同一个Runnable对象

public class SellTicket {
    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        Ticket t = new Ticket();
        new Thread(t).start();
        new Thread(t).start();
    }
}
 
class Ticket implements Runnable {
 
    private int ticket = 10;
 
    public void run() {
        while (ticket > 0) {
            ticket--;
            System.out.println("当前票数为：" + ticket);
        }
 
    }
}

简单的多线程间数据共享，每个线程执行的代码不同，用不同的Runnable对象

设计4个线程。

其中两个线程每次对j增加1，另外两个线程对j每次减1

public class TestThread {
    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        final MyData data = new MyData();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
 
                public void run() {
                    data.add();
 
                }
 
            }).start();
            new Thread(new Runnable() {
 
                public void run() {
                    data.dec();
 
                }
 
            }).start();
        }
    }
 
}
 
class MyData {
    private int j = 0;
 
    public synchronized void add() {
        j++;
        System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "j为：" + j);
    }
 
    public synchronized void dec() {
        j--;
        System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "j为：" + j);
    }
 
}

其实多线程间的共享数据最主要的还是互斥，多个线程共享一个变量，针对变量的操作实现原子性即可。

Java中notify 和 notifyAll有什么区别？

首先介绍两个概念

锁池:假设线程A已经拥有了某个对象(注意:不是类)的锁，而其它的线程想要调用这个对象的某个synchronized方法(或者synchronized块)，由于这些线程在进入对象的synchronized方法之前必须先获得该对象的锁的拥有权，但是该对象的锁目前正被线程A拥有，所以这些线程就进入了该对象的锁池中。

等待池:假设一个线程A调用了某个对象的wait()方法，线程A就会释放该对象的锁后，进入到了该对象的等待池中

然后再来说notify和notifyAll的区别

如果线程调用了对象的 wait()方法，那么线程便会处于该对象的等待池中，等待池中的线程不会去竞争该对象的锁。
当有线程调用了对象的 notifyAll()方法（唤醒所有 wait 线程）或 notify()方法（只随机唤醒一个 wait 线程），被唤醒的的线程便会进入该对象的锁池中，锁池中的线程会去竞争该对象锁。也就是说，调用了notify后只要一个线程会由等待池进入锁池，而notifyAll会将该对象等待池内的所有线程移动到锁池中，等待锁竞争
优先级高的线程竞争到对象锁的概率大，假若某线程没有竞争到该对象锁，它还会留在锁池中，唯有线程再次调用 wait()方法，它才会重新回到等待池中。而竞争到对象锁的线程则继续往下执行，直到执行完了 synchronized 代码块，它会释放掉该对象锁，这时锁池中的线程会继续竞争该对象锁。

所谓唤醒线程，另一种解释可以说是将线程由等待池移动到锁池，notifyAll调用后，会将全部线程由等待池移到锁池，然后参与锁的竞争，竞争成功则继续执行，如果不成功则留在锁池等待锁被释放后再次参与竞争。而notify只会唤醒一个线程。

为什么wait, notify 和 notifyAll这些方法不在thread类里面？

这是个设计相关的问题，它考察的是面试者对现有系统和一些普遍存在但看起来不合理的事物的看法。回答这些问题的时候，你要说明为什么把这些方法放在Object类里是有意义的，还有不把它放在Thread类里的原因。一个很明显的原因是JAVA提供的锁是对象级的而不是线程级的，每个对象都有锁，通过线程获得。如果线程需要等待某些锁那么调用对象中的wait()方法就有意义了。如果wait()方法定义在Thread类中，线程正在等待的是哪个锁就不明显了。简单的说，由于wait，notify和notifyAll都是锁级别的操作，所以把他们定义在Object类中因为锁属于对象。

什么是ThreadLocal变量？

ThreadLocal是Java里一种特殊的变量。每个线程都有一个ThreadLocal就是每个线程都拥有了自己独立的一个变量，竞争条件被彻底消除了。它是为创建代价高昂的对象获取线程安全的好方法，比如你可以用ThreadLocal让SimpleDateFormat变成线程安全的，因为那个类创建代价高昂且每次调用都需要创建不同的实例所以不值得在局部范围使用它，如果为每个线程提供一个自己独有的变量拷贝，将大大提高效率。首先，通过复用减少了代价高昂的对象的创建个数。其次，你在没有使用高代价的同步或者不变性的情况下获得了线程安全。线程局部变量的另一个不错的例子是ThreadLocalRandom类，它在多线程环境中减少了创建代价高昂的Random对象的个数。

什么是FutureTask？

在Java并发程序中FutureTask表示一个可以取消的异步运算。它有启动和取消运算、查询运算是否完成和取回运算结果等方法。只有当运算完成的时候结果才能取回，如果运算尚未完成get方法将会阻塞。一个FutureTask对象可以对调用了Callable和Runnable的对象进行包装，由于FutureTask也是调用了Runnable接口所以它可以提交给Executor来执行。

Java中interrupted 和 isInterruptedd方法的区别？

interrupted() 和isInterrupted()的主要区别是前者会将中断状态清除而后者不会。Java多线程的中断机制是用内部标识来实现的，调用Thread.interrupt()来中断一个线程就会设置中断标识为true。当中断线程调用静态方法Thread.interrupted()来检查中断状态时，中断状态会被清零。而非静态方法isInterrupted()用来查询其它线程的中断状态且不会改变中断状态标识。简单的说就是任何抛出InterruptedException异常的方法都会将中断状态清零。无论如何，一个线程的中断状态有有可能被其它线程调用中断来改变。

为什么wait和notify方法要在同步块中调用？

主要是因为Java API强制要求这样做，如果你不这么做，你的代码会抛出IllegalMonitorStateException异常。还有一个原因是为了避免wait和notify之间产生竞态条件。

为什么你应该在循环中检查等待条件?

处于等待状态的线程可能会收到错误警报和伪唤醒，如果不在循环中检查等待条件，程序就会在没有满足结束条件的情况下退出。因此，当一个等待线程醒来时，不能认为它原来的等待状态仍然是有效的，在notify()方法调用之后和等待线程醒来之前这段时间它可能会改变。这就是在循环中使用wait()方法效果更好的原因

Java中的同步集合与并发集合有什么区别？

同步集合与并发集合都为多线程和并发提供了合适的线程安全的集合，不过并发集合的可扩展性更高。在Java1.5之前程序员们只有同步集合来用且在多线程并发的时候会导致争用，阻碍了系统的扩展性。Java5介绍了并发集合像ConcurrentHashMap，不仅提供线程安全还用锁分离和内部分区等现代技术提高了可扩展性。

Java中堆和栈有什么不同？

因为栈是一块和线程紧密相关的内存区域。每个线程都有自己的栈内存，用于存储本地变量，方法参数和栈调用，一个线程中存储的变量对其它线程是不可见的。而堆是所有线程共享的一片公用内存区域。对象都在堆里创建，为了提升效率线程会从堆中弄一个缓存到自己的栈，如果多个线程使用该变量就可能引发问题，这时volatile 变量就可以发挥作用了，它要求线程从主存中读取变量的值。

什么是线程池？为什么要使用它？

创建线程要花费昂贵的资源和时间，如果任务来了才创建线程那么响应时间会变长，而且一个进程能创建的线程数有限。为了避免这些问题，在程序启动的时候就创建若干线程来响应处理，它们被称为线程池，里面的线程叫工作线程。从JDK1.5开始，Java API提供了Executor框架让你可以创建不同的线程池。比如单线程池，每次处理一个任务；数目固定的线程池或者是缓存线程池（一个适合很多生存期短的任务的程序的可扩展线程池）。

如何避免死锁？

Java多线程中的死锁
死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。这是一个严重的问题，因为死锁会让你的程序挂起无法完成任务，死锁的发生必须满足以下四个条件：

互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
不剥夺条件：进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。
循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

避免死锁最简单的方法就是阻止循环等待条件，将系统中所有的资源设置标志位、排序，规定所有的进程申请资源必须以一定的顺序（升序或降序）做操作来避免死锁。

Java中活锁和死锁有什么区别？

活锁和死锁类似，不同之处在于处于活锁的线程或进程的状态是不断改变的，活锁可以认为是一种特殊的饥饿。一个现实的活锁例子是两个人在狭小的走廊碰到，两个人都试着避让对方好让彼此通过，但是因为避让的方向都一样导致最后谁都不能通过走廊。简单的说就是，活锁和死锁的主要区别是前者进程的状态可以改变但是却不能继续执行。

怎么检测一个线程是否拥有锁？

在java.lang.Thread中有一个方法叫holdsLock()，它返回true如果当且仅当当前线程拥有某个具体对象的锁。

JVM中哪个参数是用来控制线程的栈堆栈小的

-Xss参数用来控制线程的堆栈大小

Java中synchronized 和 ReentrantLock 有什么不同？

Java在过去很长一段时间只能通过synchronized关键字来实现互斥，它有一些缺点。比如你不能扩展锁之外的方法或者块边界，尝试获取锁时不能中途取消等。Java 5 通过Lock接口提供了更复杂的控制来解决这些问题。 ReentrantLock 类实现了 Lock，它拥有与 synchronized 相同的并发性和内存语义且它还具有可扩展性。

有三个线程T1，T2，T3，怎么确保它们按顺序执行？

在多线程中有多种方法让线程按特定顺序执行，你可以用线程类的join()方法在一个线程中启动另一个线程，另外一个线程完成该线程继续执行。为了确保三个线程的顺序你应该先启动最后一个(T3调用T2，T2调用T1)，这样T1就会先完成而T3最后完成。

Thread类中的yield方法有什么作用？

Yield方法可以暂停当前正在执行的线程对象，让其它有相同优先级的线程执行。它是一个静态方法而且只保证当前线程放弃CPU占用而不能保证使其它线程一定能占用CPU，执行yield()的线程有可能在进入到暂停状态后马上又被执行。

Java中`ConcurrentHashMap`的并发度是什么？

ConcurrentHashMap把实际map划分成若干部分来实现它的可扩展性和线程安全。这种划分是使用并发度获得的，它是ConcurrentHashMap类构造函数的一个可选参数，默认值为16，这样在多线程情况下就能避免争用。

Java中Semaphore是什么？

Java中的Semaphore是一种新的同步类，它是一个计数信号。从概念上讲，从概念上讲，信号量维护了一个许可集合。如有必要，在许可可用前会阻塞每一个 acquire()，然后再获取该许可。每个 release()添加一个许可，从而可能释放一个正在阻塞的获取者。但是，不使用实际的许可对象，Semaphore只对可用许可的号码进行计数，并采取相应的行动。信号量常常用于多线程的代码中，比如数据库连接池。

如果你提交任务时，线程池队列已满。会时发会生什么？

如果一个任务不能被调度执行那么ThreadPoolExecutor’s submit()方法将会抛出一g RejectedExecutionException异常。

Java线程池中submit() 和 execute()方法有什么区别？

两个方法都可以向线程池提交任务，execute()方法的返回类型是void，它定义在Executor接口中, 而submit()方法可以返回持有计算结果的Future对象，它定义在ExecutorService接口中，它扩展了Executor接口，其它线程池类像ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor都有这些方法。

什么是阻塞式方法

阻塞式方法是指程序会一直等待该方法完成期间不做其他事情，ServerSocket的accept()方法就是一直等待客户端连接。这里的阻塞是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起，直到得到结果之后才会返回。此外，还有异步和非阻塞式方法在任务完成前就返回。

Java中的ReadWriteLock是什么？

一般而言，读写锁是用来提升并发程序性能的锁分离技术的成果。Java中的ReadWriteLock是Java 5 中新增的一个接口，一个ReadWriteLock维护一对关联的锁，一个用于只读操作一个用于写。在没有写线程的情况下一个读锁可能会同时被多个读线程持有。写锁是独占的，你可以使用JDK中的ReentrantReadWriteLock来实现这个规则，它最多支持65535个写锁和65535个读锁。

多线程中的忙循环是什么?

忙循环就是程序员用循环让一个线程等待，不像传统方法wait(), sleep() 或 yield() 它们都放弃了CPU控制，而忙循环不会放弃CPU，它就是在运行一个空循环。这么做的目的是为了保留CPU缓存，在多核系统中，一个等待线程醒来的时候可能会在另一个内核运行，这样会重建缓存。为了避免重建缓存和减少等待重建的时间就可以使用它了。

如果同步块内的线程抛出异常会发生什么？

无论同步块是正常还是异常退出的，里面的线程都会释放锁，所以对比锁接口我更喜欢同步块，因为它不用花费精力去释放锁，该功能可以在finally block里释放锁实现。

单例模式的双检锁是什么？

public class Singleton_DoubleKey {  
  
    private static Singleton_DoubleKey doubleKey = null;  
      
    private Singleton_DoubleKey (){}  
      
    public static Singleton_DoubleKey getInstance(){  
        if( doubleKey == null ){    //①  
            synchronized(Singleton_DoubleKey.class){    //②  
                if( doubleKey == null ){    //③  
                    doubleKey = new Singleton_DoubleKey();  //④  
                }  
            }  
        }  
        return doubleKey;  
    }  
}

双锁机制的出现是为了解决前面同步问题和性能问题，看上面的代码，简单分析下确实是解决了多线程并行进来不会出现重复new对象，而且也实现了懒加载，但是当我们静下来并结合java虚拟机的类加载过程我们就会发现问题出来了，对于JVM加载类过程不熟悉的，这里我简单介绍下，熟悉的跳过这段(当然，既然你熟悉就自然会知道双锁的弊端了)。

jvm加载一个类大体分为三个步骤：

加载阶段：就是在硬盘上寻找java文件对应的class文件，并将class文件中的二进制数据加载到内存中，将其放在运行期数据区的方法区中去，然后在堆区创建一个java.lang.Class对象，用来封装在方法区内的数据结构；
连接阶段：这个阶段分为三个步骤，步骤一：验证，验证什么呢？当然是验证这个class文件里面的二进制数据是否符合java规范咯；步骤二：准备，为该类的静态变量分配内存空间，并将变量赋一个默认值，比如int的默认值为0；步骤三：解析，这个阶段就不好解释了，将符号引用转化为直接引用，涉及到指针，这里不做多的解释；
初始化阶段：当我们主动调用该类的时候，将该类的变量赋于正确的值(这里不要和第二阶段的准备混淆了)，举个例子说明下两个区别，比如一个类里有private static int i = 5; 这个静态变量在"准备"阶段会被分配一个内存空间并且被赋予一个默认值0，当道到初始化阶段的时候会将这个变量赋予正确的值即5

假如有两个并发线程a、b，a线程主动调用了静态方法getInstance()，这时开始加载和初始化该类的静态变量，b线程调用getInstance()并等待获得同步锁，当a线程初始化对象过程中，到了第二阶段即连接阶段的准备步骤时，静态变量doubleKey 被赋予了一个默认值，但是这时还没有进行初始化，这时当a线程释放锁后，b线程判断doubleKey ！= null，则直接返回了一个没有初始化的doubleKey 对象，问题就出现在这里了，b线程拿到的是一个被赋予了默认值但是未初始化的对象，刚刚可以通过锁的检索！

所以对于上面的几个模式还是推荐使用第一种，在jvm加载类的时候就初始化一个对象，也避免了同步问题。

如何在Java中创建线程安全的Singleton？

这是上面那个问题的后续，如果你不喜欢双检锁而面试官问了创建Singleton类的替代方法，你可以利用JVM的类加载和静态变量初始化特征来创建Singleton实例，或者是利用枚举类型来创建Singleton

写出3条你遵循的多线程最佳实践

给你的线程起个有意义的名字。
这样可以方便找bug或追踪。OrderProcessor, QuoteProcessor or TradeProcessor 这种名字比 Thread-1. Thread-2 and Thread-3 好多了，给线程起一个和它要完成的任务相关的名字，所有的主要框架甚至JDK都遵循这个最佳实践。
避免锁定和缩小同步的范围
锁花费的代价高昂且上下文切换更耗费时间空间，试试最低限度的使用同步和锁，缩小临界区。因此相对于同步方法我更喜欢同步块，它给我拥有对锁的绝对控制权。
多用同步类少用wait 和 notify
首先，CountDownLatch, Semaphore, CyclicBarrier 和 Exchanger 这些同步类简化了编码操作，而用wait和notify很难实现对复杂控制流的控制。其次，这些类是由最好的企业编写和维护在后续的JDK中它们还会不断优化和完善，使用这些更高等级的同步工具你的程序可以不费吹灰之力获得优化。
多用并发集合少用同步集合
这是另外一个容易遵循且受益巨大的最佳实践，并发集合比同步集合的可扩展性更好，所以在并发编程时使用并发集合效果更好。如果下一次你需要用到map，你应该首先想到用ConcurrentHashMap。

Java多线程中调用wait() 和 sleep()方法有什么不同？

Java程序中wait 和 sleep都会造成某种形式的暂停，它们可以满足不同的需要。wait()方法用于线程间通信，如果等待条件为真且其它线程被唤醒时它会释放锁，而sleep()方法仅仅释放CPU资源或者让当前线程停止执行一段时间，但不会释放锁。