#yyds干货盘点#2021年度Java并发编程面试真题&高频知识点汇总

Posted 2021-12-14 麒麟改bug

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了#yyds干货盘点#2021年度Java并发编程面试真题&高频知识点汇总相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

前言

多线程和并发问题是Java技术面试中面试官比较喜欢问的问题之一。在这里，从面试的角度列出了大部分重要的问题，但是你仍然应该牢固的掌握Java多线程基础知识来对应日后碰到的问题。

一、基础知识

1. 为什么要使用并发编程

充分利用多核CPU的计算能力：通过并发编程的形式可以将多核CPU的计算能力发挥到极致，性能得到提升
方便进行业务拆分，提升系统并发能力和性能：在特殊的业务场景下，先天的就适合于并发编程。现在的系统动不动就要求百万级甚至千万级的并发量，而多线程并发编程正是开发高并发系统的基础，利用好多线程机制可以大大提高系统整体的并发能力以及性能。面对复杂业务模型，并行程序会比串行程序更适应业务需求，而并发编程更能吻合这种业务拆分。

2. 多线程应用场景

3. 并发编程有什么缺点

并发编程的目的就是为了能提高程序的执行效率，提高程序运行速度，但是并发编程并不总是能提高程序运行速度的，而且并发编程可能会遇到很多问题，比如**：内存泄漏、上下文切换、线程安全、死锁**等问题。

4. 并发编程三个必要因素是什么？

并发编程三要素（线程的安全性问题体现在）：

原子性：原子，即一个不可再被分割的颗粒。原子性指的是一个或多个操作要么全部执行成功要么全部执行失败。

可见性：一个线程对共享变量的修改,另一个线程能够立刻看到。（synchronized,volatile）

有序性：程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。（处理器可能会对指令进行重排序）

出现线程安全问题的原因：

线程切换带来的原子性问题
缓存导致的可见性问题
编译优化带来的有序性问题

解决办法：

JDK Atomic开头的原子类、synchronized、LOCK，可以解决原子性问题
synchronized、volatile、LOCK，可以解决可见性问题
Happens-Before 规则可以解决有序性问题

5. Java 程序中怎么保证多线程的运行安全？

6. 并行和并发有什么区别？

7. 什么是多线程

多线程：多线程是指程序中包含多个执行流，即在一个程序中可以同时运行多个不同的线程来执行不同的任务。

8. 多线程的好处

可以提高 CPU 的利用率。在多线程程序中，一个线程必须等待的时候，CPU 可以运行其它的线程而不是等待，这样就大大提高了程序的效率。也就是说允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务。

9. 多线程的劣势：

线程也是程序，所以线程需要占用内存，线程越多占用内存也越多；
多线程需要协调和管理，所以需要 CPU 时间跟踪线程；
线程之间对共享资源的访问会相互影响，必须解决竞用共享资源的问题。

10. 线程和进程区别

进程

一个在内存中运行的应用程序。每个进程都有自己独立的一块内存空间，一个进程可以有多个线程，比如在Windows系统中，一个运行的xx.exe就是一个进程。

线程

进程中的一个执行任务（控制单元），负责当前进程中程序的执行。一个进程至少有一个线程，一个进程可以运行多个线程，多个线程可共享数据。

线程具有许多传统进程所具有的特征，故又称为轻型进程(Light—Weight Process)或进程元；而把传统的进程称为重型进程(Heavy—Weight Process)，它相当于只有一个线程的任务。在引入了线程的操作系统中，通常一个进程都有若干个线程，至少包含一个线程。

根本区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是处理器任务调度和执行的基本单位

资源开销：每个进程都有独立的代码和数据空间（程序上下文），程序之间的切换会有较大的开销；线程可以看做轻量级的进程，同一类线程共享代码和数据空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器（PC），线程之间切换的开销小。

包含关系：如果一个进程内有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线（线程）共同完成的；线程是进程的一部分，所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。

内存分配：同一进程的线程共享本进程的地址空间和资源，而进程之间的地址空间和资源是相互独立的

影响关系：一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。

执行过程：每个独立的进程有程序运行的入口、顺序执行序列和程序出口。但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制，两者均可并发执行

11. 什么是上下文切换?

多线程编程中一般线程的个数都大于 CPU 核心的个数，而一个 CPU 核心在任意时刻只能被一个线程使用，为了让这些线程都能得到有效执行，CPU 采取的策略是为每个线程分配时间片并轮转的形式。当一个线程的时间片用完的时候就会重新处于就绪状态让给其他线程使用，这个过程就属于一次上下文切换。

概括来说就是：当前任务在执行完 CPU 时间片切换到另一个任务之前会先保存自己的状态，以便下次再切换回这个任务时，可以再加载这个任务的状态。任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换。

上下文切换通常是计算密集型的。也就是说，它需要相当可观的处理器时间，在每秒几十上百次的切换中，每次切换都需要纳秒量级的时间。所以，上下文切换对系统来说意味着消耗大量的 CPU 时间，事实上，可能是操作系统中时间消耗最大的操作。

Linux 相比与其他操作系统（包括其他类 Unix 系统）有很多的优点，其中有一项就是，其上下文切换和模式切换的时间消耗非常少。

12. 守护线程和用户线程有什么区别呢？

守护线程和用户线程

用户 (User) 线程：运行在前台，执行具体的任务，如程序的主线程、连接网络的子线程等都是用户线程
守护 (Daemon) 线程：运行在后台，为其他前台线程服务。也可以说守护线程是 JVM 中非守护线程的 “佣人”。一旦所有用户线程都结束运行，守护线程会随 JVM 一起结束工作

main 函数所在的线程就是一个用户线程啊，main 函数启动的同时在 JVM 内部同时还启动了好多守护线程，比如垃圾回收线程。

比较明显的区别之一是用户线程结束，JVM 退出，不管这个时候有没有守护线程运行。而守护线程不会影响 JVM 的退出。

注意事项：

setDaemon(true)必须在start()方法前执行，否则会抛出 IllegalThreadStateException 异常
在守护线程中产生的新线程也是守护线程
不是所有的任务都可以分配给守护线程来执行，比如读写操作或者计算逻辑
守护 (Daemon) 线程中不能依靠 finally 块的内容来确保执行关闭或清理资源的逻辑。因为我们上面也说过了一旦所有用户线程都结束运行，守护线程会随 JVM 一起结束工作，所以守护 (Daemon) 线程中的 finally 语句块可能无法被执行。

13. 如何在 Windows 和 Linux 上查找哪个线程cpu利用率最高？

14. 什么是线程死锁

15. 形成死锁的四个必要条件是什么

互斥条件：在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源，就只能等待，直至占有资源的进程用毕释放。
占有且等待条件：指进程已经保持至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其它进程占有，此时请求进程阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。
不可抢占条件：别人已经占有了某项资源，你不能因为自己也需要该资源，就去把别人的资源抢过来。
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。（比如一个进程集合，A在等B，B在等C，C在等A）

16. 如何避免线程死锁

避免一个线程同时获得多个锁
避免一个线程在锁内同时占用多个资源，尽量保证每个锁只占用一个资源
尝试使用定时锁，使用lock.tryLock(timeout)来替代使用内部锁机制

17. 创建线程的四种方式

继承 Thread 类；

public class MyThread extends Thread 
    @Override
    public void run() 
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run()方法正在执
行...");

实现 Runnable 接口；

public class MyRunnable implements Runnable 
    @Override
    public void run() 
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run()方法执行
中...");

实现 Callable 接口；

public class MyCallable implements Callable<Integer> 
    @Override
    public Integer call() 
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " call()方法执行
中...");
        return 1;

使用匿名内部类方式

public class CreateRunnable 
    public static void main(String[] args) 
        //创建多线程创建开始
        Thread thread = new Thread(new Runnable() 
            public void run() 
                for (int i = 0; i < 10; i++) 
                    System.out.println("i:" + i);
                
            
        
        );
        thread.start();

18. 说一下 runnable 和 callable 有什么区别

19. 线程的 run()和 start()有什么区别？

每个线程都是通过某个特定Thread对象所对应的方法run()来完成其操作的，run()方法称为线程体。通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程。
start() 方法用于启动线程，run() 方法用于执行线程的运行时代码。run() 可以重复调用，而 start()只能调用一次。
start()方法来启动一个线程，真正实现了多线程运行。调用start()方法无需等待run方法体代码执行完毕，可以直接继续执行其他的代码；此时线程是处于就绪状态，并没有运行。然后通过此Thread类调用方法run()来完成其运行状态， run()方法运行结束，此线程终止。然后CPU再调度其它线程。
run()方法是在本线程里的，只是线程里的一个函数，而不是多线程的。如果直接调用run()，其实就相当于是调用了一个普通函数而已，直接待用run()方法必须等待run()方法执行完毕才能执行下面的代码，所以执行路径还是只有一条，根本就没有线程的特征，所以在多线程执行时要使用 start()方法而不是run()方法。

20. 为什么我们调用 start() 方法时会执行 run() 方法，为什么我们不能直接调用 run() 方法？

21. 什么是 Callable 和 Future?

Callable 接口类似于 Runnable，从名字就可以看出来了，但是 Runnable 不会返回结果，并且无法抛出返回结果的异常，而 Callable 功能更强大一些，被线程执行后，可以返回值，这个返回值可以被 Future 拿到，也就是说，Future 可以拿到异步执行任务的返回值。
Future 接口表示异步任务，是一个可能还没有完成的异步任务的结果。所以说 Callable用于产生结果，Future 用于获取结果。

22. 什么是 FutureTask

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。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Runnable 接口的实现类，所以 FutureTask 也可以放入线程池中。

23. 线程的状态

24. Java 中用到的线程调度算法是什么？

25. 线程的调度策略

26. 什么是线程调度器(Thread Scheduler)和时间分片(Time Slicing )？

27. 请说出与线程同步以及线程调度相关的方法。

28. sleep() 和 wait() 有什么区别？

29. 你是如何调用 wait() 方法的？使用 if 块还是循环？为什么？

30. 为什么线程通信的方法 wait(), notify()和 notifyAll()被定义在 Object 类里？

31. 为什么 wait(), notify()和 notifyAll()必须在同步方法或者同步块中被调用？

32. Thread 类中的 yield 方法有什么作用？

33. 为什么 Thread 类的 sleep()和 yield ()方法是静态的？

34. 线程的 sleep()方法和 yield()方法有什么区别？

35. 如何停止一个正在运行的线程？

36. Java 中 interrupted 和 isInterrupted 方法的区别？

37. 什么是阻塞式方法？

38. Java 中你怎样唤醒一个阻塞的线程？

39. notify() 和 notifyAll() 有什么区别？

40. 如何在两个线程间共享数据？

41. Java 如何实现多线程之间的通讯和协作？

42. 同步方法和同步块，哪个是更好的选择？

43. 什么是线程同步和线程互斥，有哪几种实现方式？

44. 在监视器(Monitor)内部，是如何做线程同步的？程序应该做哪种级别的同步？

45. 如果你提交任务时，线程池队列已满，这时会发生什么

46. 什么叫线程安全？servlet 是线程安全吗?

47. 在 Java 程序中怎么保证多线程的运行安全？

48. 你对线程优先级的理解是什么？

49. 线程类的构造方法、静态块是被哪个线程调用的

50. Java 中怎么获取一份线程 dump 文件？你如何在 Java 中获取线程堆栈？

Dump文件是进程的内存镜像。可以把程序的执行状态通过调试器保存到dump文件中。
在 Linux 下，你可以通过命令 kill -3 PID （Java 进程的进程 ID）来获取 Java应用的 dump 文件。
在 Windows 下，你可以按下 Ctrl + Break 来获取。这样 JVM 就会将线程的 dump 文件打印到标准输出或错误文件中，它可能打印在控制台或者日志文件中，具体位置依赖应用的配置。

51. 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。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。

52. Java 线程数过多会造成什么异常？

53. 多线程的常用方法

二、并发理论

1. Java中垃圾回收有什么目的？什么时候进行垃圾回收？

垃圾回收是在内存中存在没有引用的对象或超过作用域的对象时进行的。
垃圾回收的目的是识别并且丢弃应用不再使用的对象来释放和重用资源。

2. 线程之间如何通信及线程之间如何同步

在并发编程中，我们需要处理两个关键问题：线程之间如何通信及线程之间如何同步。通信是指线程之间以如何来交换信息。一般线程之间的通信机制有两种：共享内存和消息传递。
Java的并发采用的是共享内存模型，Java线程之间的通信总是隐式进行，整个通信过程对程序员完全透明。如果编写多线程程序的Java程序员不理解隐式进行的线程之间通信的工作机制，很可能会遇到各种奇怪的内存可见性问题。

3. Java内存模型

共享内存模型指的就是Java内存模型(简称JMM)，JMM决定一个线程对共享变量的写入时,能对另一个线程可见。从抽象的角度来看，JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存（main memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（local memory），本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化。

4. 如果对象的引用被置为null，垃圾收集器是否会立即释放对象占用的内存？

不会，在下一个垃圾回调周期中，这个对象将是被可回收的。
也就是说并不会立即被垃圾收集器立刻回收，而是在下一次垃圾回收时才会释放其占用的内存。

5. finalize()方法什么时候被调用？析构函数(finalization)的目的是什么？

6. 什么是重排序

7. 重排序实际执行的指令步骤

8. 重排序遵守的规则

9. as-if-serial规则和happens-before规则的区别

10. 并发关键字 synchronized ？

11. 说说自己是怎么使用 synchronized 关键字，在项目中用到了吗

12. 单例模式了解吗？给我解释一下双重检验锁方式实现单例模式！”

13. 说一下 synchronized 底层实现原理？

14. synchronized可重入的原理

15. 什么是自旋

16. 多线程中 synchronized 锁升级的原理是什么？

17. 线程 B 怎么知道线程 A 修改了变量

（1）volatile 修饰变量
（2）synchronized 修饰修改变量的方法
（3）wait/notify
（4）while 轮询

18. 当一个线程进入一个对象的 synchronized 方法 A 之后，其它线程是否可进入此对象的synchronized 方法 B？

19. synchronized、volatile、CAS 比较

（1）synchronized 是悲观锁，属于抢占式，会引起其他线程阻塞。
（2）volatile 提供多线程共享变量可见性和禁止指令重排序优化。
（3）CAS 是基于冲突检测的乐观锁（非阻塞）

20. synchronized 和 Lock 有什么区别？

首先synchronized是Java内置关键字，在JVM层面，Lock是个Java类；
synchronized 可以给类、方法、代码块加锁；而 lock 只能给代码块加锁。
synchronized 不需要手动获取锁和释放锁，使用简单，发生异常会自动释放锁，不会造成死锁；而 lock 需要自己加锁和释放锁，如果使用不当没有 unLock()去释放锁就会造成死锁。
通过 Lock 可以知道有没有成功获取锁，而 synchronized 却无法办到。