一、并发编程三要素

• 原子性

  原子性是指一个或者多个操作，要么全部执行并且在执行过程中不被其他操作打断，要么就全部都不执行。

• 可见性

  可见性是指多个线程操作一个共享变量时，其中一个线程对变量进行修改后，其他线程立即看到修改后的结果。

• 有序性

  有序性，即程序的执行顺序按照代码的先后顺序来执行。

二、实现可见性的方法有哪些

synchronized(同步)或着lock(加锁)：保证同一时刻只有一个线程获取锁执行代码，锁释放之前把最新的值刷新到主内存，实现可见性。

三、多线程的价值

• 发挥多核CPU的优势

  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，采用多线程的方式同时去完成几件事而且不会互相干扰。

• 防止阻塞

  从程序的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，而降低程序的整体效率。但是单核CPU还是要应用多线程，就是为了防止阻塞。试想，如果单核CPU没有采用多线程，单线程阻塞了，此时正在远程传输数据，对端迟迟返回收到又没有设置超时时间，那么整个程序的数据因为该线程就停止运行了。如果要是多线程，多线程同时运行，哪怕一条线程阻塞，也不会影响其他任务的执行。

• 便于建模

  假如有一个大任务A，单线程编程，那么要考虑的因素就会很多，建立整个程序的模型比较麻烦。但是如果把这个大的任务A分解成几个小任务，任务B,C,D......，分别建立程序模型，并通过多线程分别运行这几个任务，那么就简单多了。

四、创建线程有哪些方式

• 继承Thread类创建线程类

• 通过Runnable接口创建线程类

• 通过Callable和Future创建线程

• 通过线程池创建

五、创建线程的三种方式的对比

• 采用继承Thread类的方式创建多线程

  • 优势：编写简单，如果需要访问当前线程，无需使用Thread.currentThread()方法，直接使用this即可获取当前线程。

  • 劣势：线程已经继承Thread类，所以不能再继承其他父类。

• 采用实现Runnable、Callable接口的方式创建多线程。

  • 优势：线程类只是实现Runnable接口或者Callable接口，还可以继承其他的类。在这种方式下，多个线程可以共享同一个target对象，所以非常适合多个相同的线程来处理同一份资源的情况，从而使CPU、代码和数据分开，形成清晰的模型，较好的体现面向对象的思想。

  • 劣势：程序比较复杂，如果访问当前对象，需要使用Thread.currentThread()方法。

• Runnable和Callable的区别：

  • Callable规定(重写)的方法是call()，Runnable规定(重写)的方法是run()。

  • Callable的任务执行后可返回值，而Runnable的任务执行后不能返回值。

  • call()方法可以抛出异常,run()方式不可以抛出异常。

  • 运行Callable任务可以拿到一个Future对象，表示异步计算的结果。它提供了检查计算是否完成的方法，以等待计算的完成，并检索计算的结果。通过Future对象可以了解任务执行情况，可取消任务的执行，还可获取执行结果。

六、线程具有五种基本状态

• 新建状态(New)：

  当线程对象对创建后，即进入了新建状态，如：Thread t=new MyThread();

• 就绪状态(Runnable):

  当调用线程对象的start()方法(t.start();),线程即进入就绪状态。处于就绪状态的线程，只是说明此线程已经做好了准备，随时等待CPU的调度执行，并不是说执行了t.strat()此线程立即就会执行；

• 运行状态(Running): 当CPU开始调度处于就绪状态的线程时，此时线程才得到以真正的执行，即进入运行状态。注：就绪状态是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，首先要进入就绪状态中；

• 阻塞状态(Blocked)：

  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，才会有机会再次被CPU调用已进入到运行状态。

  根据阻塞原因的不同，阻塞状态可以分为三种：

  • 等待阻塞：运行状态中的线程执行wait()方法，使本线程进入到等待阻塞状态。

  • 同步阻塞：线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁在被其他线程所占用)，它会进入同步阻塞状态；

  • 其他阻塞：通过调用线程的sleep()或者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。

• 死亡状态(Dead):

  线程执行完毕或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

七、什么是线程池？

线程池就是提前创建若干个线程，如果有任务需要处理，线程池里的线程就会处理任务，处理完之后的线程并不会被销毁，而是等待下一个任务。由于创建和销毁线程都是消耗系统资源的，所以当需要频繁的创建和销毁线程的时候就可以考虑线程池来提升系统的性能。

java提供了一个 java.util.concurrent.Executor 接口的实现用于创建线程池。

八、四种线程池的创建

newCachedThreadPool:创建一个可缓存线程池

newFixedThreadPool:创建一个定长的线程池，可控制线程最大并发数

newScheduledThreadPool:创建一个定长的线程池，支持定时及周期性任务执行

newSingleThreadExecutor:创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务

九、线程池的优点

• 重用存在的线程，减少对象创建销毁的开销

• 可有效地控制最大并发线程数，提高系统资源的使用率，同时也会避免过多资源的竞争，避免堵塞。

• 提供了定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能。

十、常用的并发工具类

• CountDownLatch(闭锁)

• CyclicBarrier(线程计数器)

• Samephore(信号量)

• Exchanger(交换器)

十一、CyclicBarrier和 CountDownLatch的区别

• CountDownLatch简单说就是一个线程等待，直到它所等待的其他线程都执行完成并且调用 countDown()方法发出通知后，当前线程才可以继续执行。

• cyclicBarrier是所有的线程都进行等待，直到所有的线程都进入await()方法后，所有线程开始执行。

• CountDownLatch的计数器只能使用一次，而 CyclicBarrier的计数器可以使用reset()方法重置，所以 CyclicBarrier 能处理更为复杂的业务场景，比如如果计算发生错误，可以重置计数器，并让线程们重新执行一次。

• CyclicBarrier还提供了其他有用的方法，比如 getNumberWaiting()方法可以获取线程的阻塞数量，isBoken()方法用来知道阻塞的线程是否被中断，如果被中断返回 true否则返回 false。

十二、synchronized的作用

synchronized关键字是用来控制线程同步的，就是在多线程的环境下，控制synchronized代码段不被多个线程

同时执行。synchronized既可以加在一段代码上，也可以加在方法上。

十三、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。当一个共享的变量被volatile修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存当中，当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的一个重要的作用就是和 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。

十四、什么是 CAS

CAS是 comper and swap的缩写，即我们所说的比较交换。

cas是一种基于锁的操作，而且是乐观锁。在 java中锁分为乐观锁和悲观锁。悲观锁是将资源锁住，等一个之前获得锁的线程释放锁之后，下一个线程才可以访问。而乐观锁采取了一种宽泛的态度，通过某种方式不加锁来处理资源，比如通过给记录加version来获取数据，性能比悲观锁有很大的提高。

java.util.concurrent.atomic包下的类大多数都是使用 CAS操作来实现的(AtomicInteger,AtomicBoolean,AtomicLong)。

十五、CAS问题

• CAS问题容易造成 ABA问题

  一个线程a将数值改成了b，接着又改成了a，此时 CAS认为没有发生变化，其实已经变化过了，而这个问题的解决方案可以使用版本号标识，每操作一次 version加1。在java5中，已经提供了 AtomicStampedReferece 来解决问题。

• 不能保证代码块的原子性

  CAS机制所保证的只是一个变量的原子性操作，而不能保证整个代码块的原子性。比如需要保证3个变量共同进行原子性的更新，就不得不使用 synchronized了。

• CAS造成CPU利用率增加

  之前说过了 CAS里面是一个循环判断的过程，如果线程一直没有获取到状态，cpu资源会一直被占用。

十六、什么是Future

在并发编程中，我们经常会用到非阻塞的模型，在之前的多线程的三种实现中，不管是继承 Thread类还是实现 runnable接口，都无法保证获取到之前的执行结果。通过实现 callback接口，并用Future可以来接收多线程的执行结果。

Future表示一个可能还没有完成的异步任务的结果，针对这个结果可以添加Callback以便在任务执行成功或者失败后做出相应的操作。

十七、什么是 AQS

AQS是 AbustactQueuedSynchronizer的简称，它是一个 java提高的底层同步工具类，用一个int类型的变量表示同步状态，并提供了一系列的 CAS操作来管理这个同步状态。

AQS是一个用来构建锁和同步器的框架，使用 AQS能简单且高效地构造出应用广泛的大量的同步器，比如：ReentranrLock,Semaphore,ReetrantReadWriteLock,SynchroQueue,FutureTask等皆是 AQS的。

十八、AQS支持两种同步方式：

• 独占式

• 共享式

这样方便使用者实现不同类型的同步组件，独占式如 ReentrantLock,共享式如 Semaphore,CountDownLatch,组合式的如 ReentrantReadWriteLock。总之，AQS为使用提供了底层支撑如何组装实现，使用者可以自由发挥。

十九、ReadWriteLock是什么

首先明确一下，不是说 ReentrantLock不好，而是 ReentrantLock某些时候有局限。如果使用 ReentrantLock,可能本身是为了防止线程A在写数据、线程B在读数据造成的数据不一样，但这样，线程C在读数据、线程D在读数据，读数据是不会改变数据的，没有必要加锁，但是还是加锁了，降低了程序的性能。因为这样，才诞生了读写锁 ReadWriteLock。ReadWriteLock是一个读写锁接口，ReentrantReadWriteLock是 ReadWrite接口的一个具体实现，实现了读写的分离，读锁是共享的，写锁是独占的，读和读之间不会互斥，读和写，写和读，写和写之间才会互斥，提升了读写的性能。

二十、FutureTask 是什么

FutureTask表示一个异步运算的任务。FutureTask里面可以传入一个Callable的具体实现类，可以对这个异步运算的任务的结果进行等待获取、判断是否已经完成、取消任务等操作。当然，由于 FutureTask是 Runnable接口的实现类，所以 FutureTask也可以放入线程池中。

二十一、synchronized和ReentrantLock的区别

synchronized是和if、else、for、while一样的关键字，ReentrantLock是类，这是这二者本质上的区别。既然 ReentrantLock是类，那么它提供了比 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的扩展性体现在以下3点：

• ReentrantLock可以对获取锁的等待时间进行设置，可以避免死锁。

• ReentrantLock可以获取各种锁的信息

• ReentrantLock可以灵活地实现多路通知

二十二、什么是乐观锁和悲观锁

• 乐观锁

  就像他的名字一样，对发生的并发间操作产生的线程安全问题保持乐观状态，乐观锁认为竞争不总是会发生的，因此他不需要持有锁，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。

• 悲观锁

  还是像他的名字一样，对发生的并发间操作产生的线程安全问题保持悲观状态，因此对资源每次进行操作时都会持有一个独占的锁，就像 synchronized。

二十三、线程B怎么会知道线程A修改了变量

• volatile修饰变量

• synchronized修饰修改变量的方法

• wait/notify

• while轮询

二十四、synchronized、volatile、CAS比较

• synchronized是悲观锁，属于抢占式，会引起其他线程阻塞

• volatile提供多线程共享变量可见性和禁止指令重排序优化

• CAS是基于冲突检测的乐观锁（非阻塞）

二十五、sleep方法和wait方法区别

sleep方法和wait方法都可以用来放弃CPU的一定时间，不同点在于如果线程持有某对象的监视器，sleep方法不会放弃这个对象的监视器，wait方法会放弃这个对象的监视器。

二十六、ThreadLocal是什么，有什么用

ThreadLocal是一个本地线程副本变量工具类。主要用于将私有线程和该线程存放的副本对象做一个映射，各个线程之间的变量互不干扰，在高并发场景下，可以实现无状态的调用，特别适用于各个线程依赖不通的变量值完成操作的场景。简单来说 ThreadLocal就是一种以空间换时间的做法，在每个Thread里维护了一个以开地址法实现的 ThreadLocal.ThreadLocalMap,把数据进行隔离，不进行共享，自然就没有线程安全方法的问题了。

二十七、为什么wait（）方法和 notify()/notifyAll()方法要在同步块中调用

这是 JDk强制的，wait()方法和 notify()/notifyAll()方法在调用之前必须要获得对象的锁。

二十八、多线程同步有哪几种方法

synchronized关键字、Lock锁实现、分布式锁等

二十九、线程的调度策略

线程调度器选择优先级最高的线程运行，但是如果发生以下的情况，就会终止线程的运行：

• 线程体中调用了 yield方法让出了对 cpu 的占用权利

• 线程体中调用了sleep（）方法是线程进入睡眠状态

• 线程由于I/O操作受到阻塞

• 另一个更高优先级线程出现

• 在支持时间片的系统中，该线程的时间片用完

三十、ConcurrentHashMap的并发度是什么

ConcurrentHashMap的并发度就是 segment的大小，默认是16，这就意味着最多同时可以有16条线程操作 ConcurrentHashMap,这也是 ConcurrentHashMap对 Hashtable的最大优势，任何情况下，Hashtable能同时有两条线程获取数据。

三十一、Linux环境下如何查找哪个线程使用 CPU 最长

• 获取项目的 Pid,jps或者ps -ef|grep java

• top -H -p pid,顺序不能改变

三十二、死锁是什么

死锁是一种编程情况，是其中的两个或者多个线程或者是更多资源被永久阻塞。

根本原因：在申请锁时发生了交叉闭环申请。

死锁的条件：1.互斥 2、占有并等待 3、非抢占 4、循环等待

三十三、死锁的原因

• 是多个线程涉及到多个锁，这些锁存在着交叉，所以可能会导致了一个锁依赖的闭环。例如：线程在获取锁A并且没有释放的情况下去获取锁B，这时，另一个线程已经获取锁B，在释放锁B之前又要先获取锁A，因此闭环发生，陷入死锁循环。

• 默认的锁申请操作是阻塞的。

三十四、死锁的避免

避免死锁，就是在一遇到多个对象锁交叉的情况，就要仔细审查这几个对象的类中的所有方法，是否存在着导致锁依赖的闭环的可能性。总之是尽量避免在一个同步方法中调用其他对象的延时方法和同步方法。

银行家算法：是每种资源有多个实例时的死锁避免算法。

三十五、怎么唤醒一个阻塞的线程

如果线程是因为调用了wait()、sleep()或者join()方法而导致的阻塞，可以中断线程，并且通过抛出 InterruptedException来唤醒它；如果线程遇到I/O阻塞，无能为力，因为I/O是操作系统实现的，java代码并不能直接接触到操作系统。

三十六、不可变对象对线程有什么帮助

不可变对象保证了对象的内存可见性，对不可变对象的读取不需要进行额外的同步手段，提升了代码的执行效率。

三十七、什么是多线程的上下文切换

多线程的上下文切换是指 CPU控制权由一个已经正在运行的线程切换到另一个就绪并等待获取 CPU执行权的线程的过程。

三十八、如果提交任务时，线程池队列已满，这时会发生什么

• 如果使用的是无界队列 LinkedBlockingQueue，没有关系，可以继续添加任务到阻塞队列中等待执行，因为无序队列可以近乎认为是一个无穷大的队列，可以无限存放任务

• 如果使用的是有序队列（如：ArrayBlockingQueue），任务首先会被添加到 ArrayBlockingQueue中，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，那么就会使用拒绝策略 RejectedExcutionHandler处理满了的任务，默认是 AbortPolicy

三十九、线程调度算法是什么

抢占式。一个线程用完CPU后，操作系统会根据线程的优先级、线程饥饿情况等数据算出一个总的优先级并分配下一个时间片给某个线程执行。

四十、什么是线程调度器（Thread Scheduler)和时间分片（TimeSlicing)

线程调度器就是一个操作系统服务，它负责为 Runnable状态的线程分配CPU时间。一旦我们创建一个线程并启动它，它的执行边依赖于线程调度器的实现。

时间分片是指将可用的CPU时间分配给 可用的Runnable线程的过程。分配CPU时间可以基于线程优先级或者线程的等待时间。线程调度并不受 java虚拟机控制，所以由应用程序来控制他是更好的选择（也就是说不让程序依赖线程的优先级）。

四十一、什么是自旋

很多 synchronized里面的代码只是一些很简单的代码，执行时间非常快，此时等待的线程都加锁是一种不太值得的操作，因为线程阻塞涉及到用户态和内核态切换的问题。既然 Synchronized里面的代码执行得非常快，不妨让等待的线程不要被阻塞，而是在 synchronized的边界做忙循环，这就是自旋。如果做了很多次忙循环还没有获得锁，在阻塞，可能是一种更好的策略。

四十二、java Concurrency API中的Lock接口（Lock interface)是什么，对比同步有什么优势

Lock 接口比同步方式和同步块提供了更具扩展性的锁操作。他们允许更灵活地结构，可以具有完全不同的性质，并且可以支持多个相关类的条件对象。

优势：

• 可以使锁更公平

• 可以使线程在等待锁的时候响应中断

• 可以让线程尝试获取锁，并在无法获取锁的时候立即返回或者等待一段时间

• 可以在不同的范围，以不同的顺序获取和释放锁

四十三、单例模式的线程安全性

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。

单例模式有很多种写法，总结：

• 饥汉式单例模式的写法：线程安全

• 懒汉式单例模式的写法：非线程安全

• 双检锁单例模式的写法：线程安全

四十四、Semaphore有什么作用

Semaphore就是一个信号量，他的作用是限制某段代码块并发数。Semaphore有一个构造函数，可以传入一个int型整数n，表示某段代码最多只有n个线程可以访问，如果超出n个，那么请等待。等到某个线程执行完毕这段代码，下一个线程在进入。由此可以看出如果Semaphore构造函数中传入的int型整数n=1，相当变成一个 synchronized了。

四十五、Executors类是什么

Executors为 Executor、ExecutorService、ScheduledExecutorService、ThreadFactory和Callable类提供了一些工具方法。Executors可以用于方便的创建线程池。

四十六、线程类的构造方法、静态块是被哪个线程调用的

这是一个非常刁钻且狡猾的问题。记住：线程类的构造方法、静态块是被new这个线程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。

例：假设 Thread2 中new了 Thread1,main函数中new了 Thread2，那么：

• 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

• 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

四十七、同步方法和同步块，哪个是更好的选择

同步块，意味着同步块之外的代码是异步执行的，这比同步这个方法更提高代码效率。原则：同步的范围越小越好

四十八、java线程数过多会造成什么异常

• 线程的生命周期开销非常高

• 消耗过多的CPU资源

如果可运行的线程数目多于可用处理器的数量，那么有线程将会被闲置。大量闲置的线程会占用许多内存，给垃圾回收器带来压力，而且大量的线程在竞争CPU资源时还将产生其他性能的开销。

• 降低稳定性

JVM在可创建线程的数量上存在一个限制，这个限制值会随着平台的不同而不同，并且承受着多个因素的制约，包括 JVM的启动参数、Thread构造函数中请求栈的大小，以及底层操作系统对线程的限制等。如果破坏了这些限制，那么就会抛出 OutOfMemoryError异常。