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史上最全Java多线程面试题及答案

一、多线程有什么用?

1)发挥多核CPU的优势

随着工业的进步,现在的笔记本、台式机乃至商用的应用服务器至少也都是双核的,4核、8核甚至16核的也都不少见,如果是单线程的程序,那么在双核CPU上就浪费了50%,在4核CPU上就浪费了75%。单核CPU上所谓的”多线程”那是假的多线程,同一时间处理器只会处理一段逻辑,只不过线程之间切换得比较快,看着像多个线程”同时”运行罢了。多核CPU上的多线程才是真正的多线程,它能让你的多段逻辑同时工作,多线程,可以真正发挥出多核CPU的优势来,达到充分利用CPU的目的。

2)防止阻塞

从程序运行效率的角度来看,单核CPU不但不会发挥出多线程的优势,反而会因为在单核CPU上运行多线程导致线程上下文的切换,而降低程序整体的效率。但是单核CPU我们还是要应用多线程,就是为了防止阻塞。试想,如果单核CPU使用单线程,那么只要这个线程阻塞了,比方说远程读取某个数据吧,对端迟迟未返回又没有设置超时时间,那么你的整个程序在数据返回回来之前就停止运行了。多线程可以防止这个问题,多条线程同时运行,哪怕一条线程的代码执行读取数据阻塞,也不会影响其它任务的执行。

3)便于建模

这是另外一个没有这么明显的优点了。假设有一个大的任务A,单线程编程,那么就要考虑很多,建立整个程序模型比较麻烦。但是如果把这个大的任务A分解成几个小任务,任务B、任务C、任务D,分别建立程序模型,并通过多线程分别运行这几个任务,那就简单很多了。

二、创建线程的方式

比较常见的一个问题了,一般就是两种:

1)继承Thread类

2)实现Runnable接口

至于哪个好,不用说肯定是后者好,因为实现接口的方式比继承类的方式更灵活,也能减少程序之间的耦合度,面向接口编程也是设计模式6大原则的核心。

三、start()方法和run()方法的区别

只有调用了start()方法,才会表现出多线程的特性,不同线程的run()方法里面的代码交替执行。如果只是调用run()方法,那么代码还是同步执行的,必须等待一个线程的run()方法里面的代码全部执行完毕之后,另外一个线程才可以执行其run()方法里面的代码。

四、Runnable接口和Callable接口的区别

Runnable接口中的run()方法的返回值是void,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,和Future、FutureTask配合可以用来获取异步执行的结果。

这其实是很有用的一个特性,因为多线程相比单线程更难、更复杂的一个重要原因就是因为多线程充满着未知性,某条线程是否执行了?某条线程执行了多久?某条线程执行的时候我们期望的数据是否已经赋值完毕?无法得知,我们能做的只是等待这条多线程的任务执行完毕而已。而Callable+Future/FutureTask却可以获取多线程运行的结果,可以在等待时间太长没获取到需要的数据的情况下取消该线程的任务,真的是非常有用。

五、CyclicBarrier和CountDownLatch的区别

两个看上去有点像的类,都在java.util.concurrent下,都可以用来表示代码运行到某个点上,二者的区别在于:

1)CyclicBarrier的某个线程运行到某个点上之后,该线程即停止运行,直到所有的线程都到达了这个点,所有线程才重新运行;CountDownLatch则不是,某线程运行到某个点上之后,只是给某个数值-1而已,该线程继续运行。

2)CyclicBarrier只能唤起一个任务,CountDownLatch可以唤起多个任务。

  1. CyclicBarrier可重用,CountDownLatch不可重用,计数值为0该CountDownLatch就不可再用了。

六、volatile关键字的作用

1)多线程主要围绕可见性和原子性两个特性而展开,使用volatile关键字修饰的变量,保证了其在多线程之间的可见性,即每次读取到volatile变量,一定是最新的数据。

2)代码底层执行不像我们看到的高级语言—-Java程序这么简单,它的执行是Java代码–>字节码–>根据字节码执行对应的C/C++代码–>C/C++代码被编译成汇编语言–>和硬件电路交互,现实中,为了获取更好的性能JVM可能会对指令进行重排序,多线程下可能会出现一些意想不到的问题。使用volatile则会对禁止语义重排序,当然这也一定程度上降低了代码执行效率。

七、什么是线程安全

1)不可变

像String、Integer、Long这些,都是final类型的类,任何一个线程都改变不了它们的值,要改变除非新创建一个,因此这些不可变对象不需要任何同步手段就可以直接在多线程环境下使用

2)绝对线程安全

不管运行时环境如何,调用者都不需要额外的同步措施。要做到这一点通常需要付出许多额外的代价,Java中标注自己是线程安全的类,实际上绝大多数都不是线程安全的,不过绝对线程安全的类,Java中也有,比方说CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet

3)相对线程安全

相对线程安全也就是我们通常意义上所说的线程安全,像Vector这种,add、remove方法都是原子操作,不会被打断,但也仅限于此,如果有个线程在遍历某个Vector、有个线程同时在add这个Vector,99%的情况下都会出现ConcurrentModificationException,也就是fail-fast机制。

4)线程非安全

这个就没什么好说的了,ArrayList、LinkedList、HashMap等都是线程非安全的类

八、Java中如何获取到线程dump文件

1)获取到线程的pid,可以通过使用jps命令,在Linux环境下还可以使用ps -ef | grep java

2)打印线程堆栈,可以通过使用jstack pid命令,在Linux环境下还可以使用kill -3 pid

另外提一点,Thread类提供了一个getStackTrace()方法也可以用于获取线程堆栈。这是一个实例方法,因此此方法是和具体线程实例绑定的,每次获取获取到的是具体某个线程当前运行的堆栈。

九、如何在两个线程之间共享数据

通过在线程之间共享对象就可以了,然后通过wait/notify/notifyAll、await/signal/signalAll进行唤起和等待,比方说阻塞队列BlockingQueue就是为线程之间共享数据而设计的

十、为什么wait()方法和notify()/notifyAll()方法要在同步块中被调用

这是JDK强制的,wait()方法和notify()/notifyAll()方法在调用前都必须先获得对象的锁

wait()方法和notify()/notifyAll()方法在放弃对象监视器的时候的区别在于:wait()方法立即释放对象监视器,notify()/notifyAll()方法则会等待线程剩余代码执行完毕才会放弃对象监视器。

十一、synchronized和ReentrantLock的区别

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,ReentrantLock比synchronized的扩展性体现在几点上:

(1)ReentrantLock可以对获取锁的等待时间进行设置,这样就避免了死锁

(2)ReentrantLock可以获取各种锁的信息

(3)ReentrantLock可以灵活地实现多路通知

另外,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,这点我不能确定。

十二、什么是乐观锁和悲观锁

1)乐观锁:就像它的名字一样,对于并发间操作产生的线程安全问题持乐观状态,乐观锁认为竞争不总是会发生,因此它不需要持有锁,将比较-替换这两个动作作为一个原子操作尝试去修改内存中的变量,如果失败则表示发生冲突,那么就应该有相应的重试逻辑。

2)悲观锁:还是像它的名字一样,对于并发间操作产生的线程安全问题持悲观状态,悲观锁认为竞争总是会发生,因此每次对某资源进行操作时,都会持有一个独占的锁,就像synchronized,不管三七二十一,直接上了锁就操作资源了。

十三、单例模式的线程安全性

老生常谈的问题了,首先要说的是单例模式的线程安全意味着:某个类的实例在多线程环境下只会被创建一次出来。单例模式有很多种的写法,我总结一下:

1)饿汉式单例模式的写法:线程安全

2)懒汉式单例模式的写法:非线程安全

3)双检锁单例模式的写法:线程安全

十四、线程类的构造方法、静态块是被哪个线程调用的

这是一个非常刁钻和狡猾的问题。请记住:线程类的构造方法、静态块是被new这个线程类所在的线程所调用的,而run方法里面的代码才是被线程自身所调用的。

如果说上面的说法让你感到困惑,那么我举个例子,假设Thread2中new了Thread1,main函数中new了Thread2,那么:

1)Thread2的构造方法、静态块是main线程调用的,Thread2的run()方法是Thread2自己调用的

2)Thread1的构造方法、静态块是Thread2调用的,Thread1的run()方法是Thread1自己调用的

十五、同步方法和同步块,哪个是更好的选择

同步块,这意味着同步块之外的代码是异步执行的,这比同步整个方法更提升代码的效率。请知道一条原则:同步的范围越小越好。

借着这一条,我额外提一点,虽说同步的范围越少越好,但是在Java虚拟机中还是存在着一种叫做锁粗化的优化方法,这种方法就是把同步范围变大。这是有用的,比方说StringBuffer,它是一个线程安全的类,自然最常用的append()方法是一个同步方法,我们写代码的时候会反复append字符串,这意味着要进行反复的加锁->解锁,这对性能不利,因为这意味着Java虚拟机在这条线程上要反复地在内核态和用户态之间进行切换,因此Java虚拟机会将多次append方法调用的代码进行一个锁粗化的操作,将多次的append的操作扩展到append方法的头尾,变成一个大的同步块,这样就减少了加锁–>解锁的次数,有效地提升了代码执行的效率。

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