Java多线程面试题整理--持续更新

一 用Runnable还是Thread？

Java中实现多线程有两种方法：继承Thread类、实现Runnable接口，在程序开发中只要是多线程，肯定永远以实现Runnable接口为主，因为实现Runnable接口相比继承Thread类有如下优势：

  1. 可以避免由于Java的单继承特性而带来的局限；
  2. 增强程序的健壮性，代码能够被多个线程共享，代码与数据是独立的；
  3. 适合多个相同程序代码的线程区处理同一资源的情况（资源共享）；

二 Thread 类中的start() 和 run() 方法有什么区别？

  1. start（）方法来启动线程，真正实现了多线程运行。调用start（）后，线程会被放到等待队列，等待CPU调度，并不一定要马上开始执行，只是将这个线程置于就绪状态。然后通过JVM，线程Thread会调用run（）方法，执行本线程的线程体。所以执行start（）方法后可以继续执行后面的代码，不会阻塞。
  2. run（）方法当作普通方法的方式调用。程序还是要顺序执行，要等待run方法体执行完毕后，才可继续执行下面的代码； 程序中只有主线程——这一个线程， 其程序执行路径还是只有一条， 这样就没有达到写线程的目的。
public class Jyy {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(new Runner1());
        Thread thread2 = new Thread(new Runner2());
//        thread1.start();
//        thread2.start();
        thread1.run();
        thread2.run();
    }
}

class Runner1 implements Runnable {
    public void run() {
        System.out.println("进入Runner1运行状态");
    }
}

class Runner2 implements Runnable {
    public void run() {
        System.out.println("进入Runner2运行状态");
    }
}

执行run（）方法就像普通方法一样，没有创建新线程，总是按顺序执行：

进入Runner1运行状态
进入Runner2运行状态

Process finished with exit code 0

执行start（）方法就会创建新线程，等待CPU进行调度异步执行：

进入Runner2运行状态
进入Runner1运行状态

Process finished with exit code 0

三 Java中CyclicBarrier 和 CountDownLatch有什么不同？

1 等待多线程完成的CountDownLatch
CountDownLatch与许一个或多个线程等待其他线程完成操作。例如要解析一个Excel中的多个sheet表，等到所有sheet表都解析完之后，程序提示解析完成。

public class Jyy {
    /**
     * parse1先执行，parse2后执行
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        Thread parse1 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println("parse1");
            }
        });
        
        Thread parse2 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                try {
                    parse1.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("parse2");
            }
        });
        
        parse1.start();
        parse2.start();
        
        try {
            parse2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        
        System.out.println("finished");
    }
}

程序会按上述逻辑进行，输出结果为：

parse1
parse2
finished

join（）用于让当前线程等待调用join（）的线程执行结束。其原理是不停的检查调用join（）的线程t是否存活，如果线程t一直存活则当前线程会永远等待。直到join（）线程终止后，线程的notifyAll（）会被调用。join（）内部实现如下：

if (millis == 0) {
    while (isAlive()) {
        wait(0);
    }
}

CountDownLatch也可以实现join（）功能。

public class Jyy {
    public static void main(String[] args) {
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
        
        Thread parse1 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println("parse1");
                countDownLatch.countDown();
            }
        });
        
        Thread parse2 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println("parse2");
                countDownLatch.countDown();
            }
        });
        
        parse1.start();
        parse2.start();
        
        try {
            countDownLatch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        
        System.out.println("finished");
    }
}

CountDownLatch的构造函数接收一个int类型的参数作为计数器，如果你想等待N个点完成，这里就传入N。

当我们调用一次CountDownLatch的countDown方法时，N就会减1，CountDownLatch的await会阻塞当前线程，直到N变成零。由于countDown方法可以用在任何地方，所以这里说的N个点，可以是N个线程，也可以是1个线程里的N个执行步骤。用在多个线程时，你只需要把这个CountDownLatch的引用传递到线程里。

注意：计数器必须大于等于0，只是等于0时候，计数器就是零，调用await方法时不会阻塞当前线程。CountDownLatch不可能重新初始化或者修改CountDownLatch对象的内部计数器的值。一个线程调用countDown方法 happen-before 另外一个线程调用await方法。

2 同步屏障CyclicBarrier

CyclicBarrier 的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续干活。CyclicBarrier默认的构造方法是CyclicBarrier(int parties)，其参数表示屏障拦截的线程数量，每个线程调用await方法告诉CyclicBarrier我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。

public class CyclicBarrierTest {
    static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2);
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                try {
                    c.await();
                } catch (Exception e) {

                }
                System.out.println(1);
            }
        }).start();

        try {
            c.await();
        } catch (Exception e) {

        }
        System.out.println(2);
    }
}

如果把new CyclicBarrier(2)修改成new CyclicBarrier(3)则主线程和子线程会永远等待，因为没有第三个线程执行await方法，即没有第三个线程到达屏障，所以之前到达屏障的两个线程都不会继续执行。

CyclicBarrier还提供一个更高级的构造函数CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)，用于在线程到达屏障时，优先执行barrierAction，方便处理更复杂的业务场景。代码如下：

public class Jyy {
    static CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(2, new A());

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                try {
                    c.await();
                } catch (Exception e) {

                }
                System.out.println(1);
            }
        }).start();

        try {
            c.await();
        } catch (Exception e) {

        }
        System.out.println(2);
    }

    static class A implements Runnable {

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(3);
        }

    }
}

输出结果：

3 2 1
或 3 1 2

CyclicBarrier的应用场景

CyclicBarrier可以用于多线程计算数据，最后合并计算结果的应用场景。比如我们用一个Excel保存了用户所有银行流水，每个Sheet保存一个帐户近一年的每笔银行流水，现在需要统计用户的日均银行流水，先用多线程处理每个sheet里的银行流水，都执行完之后，得到每个sheet的日均银行流水，最后，再用barrierAction用这些线程的计算结果，计算出整个Excel的日均银行流水。

3 CyclicBarrier和CountDownLatch的区别

  • 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。
  • CountDownLatch强调的是一个线程（或多个）需要等待另外的n个线程干完某件事情之后才能继续执行。 CyclicBarrier强调的是n个线程，大家相互等待，只要有一个没完成，所有人都得等着。

一个更加形象的例子参见文章尽量把CyclicBarrier和CountDownLatch的区别说通俗点

四 一个线程运行时发生异常会怎样？

简单的说，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。

五 Java中如何停止一个线程？

1 抛出InterruptedException 运行时异常法

调用线程的 interrupt（）方法并检测中断状态，抛出一个InterruptedException，捕获该异常并进行退出逻辑。

public class Jyy {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread thread = new MyThread();
        thread.start();
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        thread.interrupt();
    }
    public static class MyThread extends Thread {
        public void run() {
            try {
                for(int i = 0; i < 50000; i++) {
                    if (this.isInterrupted()) {
                        throw new InterruptedException();
                    }
                    System.out.println(i);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                System.out.println("exit");
            }
        }
    }
}

2 return法

线程被中断后，直接调用return返回。

public class Jyy {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread thread = new MyThread();
        thread.start();
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        thread.interrupt();
    }
    public static class MyThread extends Thread {
        public void run() {
            for(int i = 0; i < 50000; i++) {
                if (this.isInterrupted()) {
                    return;
                }
                System.out.println(i);
            }
        }
    }
}

3 中断标识位

设置一个volatile变量作为中断标识位，当调用cancel（）方法将标识位设为false时，线程结束。

public class Jyy {
    public static void main(String[] args) {
        MyTask task = new MyTask();
        Thread thread = new Thread(task);
        thread.start();
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        task.cancel();
    }
    public static class MyTask implements Runnable {
        private volatile boolean on = true;
        
        public void run() {
            int i = 0;
            while (on) {
                System.out.println(i++);
            }
        }
        
        public void cancel() {
            on = false;
        }
    }
}

六 Java中notify 和 notifyAll有什么区别？

notify()方法不能唤醒某个具体的线程，所以只有一个线程在等待的时候它才有用武之地。而notifyAll()唤醒所有线程并允许他们争夺锁确保了至少有一个线程能继续运行。

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

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。

八 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。

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。

九 什么是线程池？ 为什么要使用它？

参见文章Java线程池解析

十 死锁

参见文章死锁详述

十一 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。

十二 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。

十三 单例模式的双检锁是什么？

参见文章双重检查机制被破解的声明

十四 如何在Java中创建线程安全的Singleton？

参见文章 完美的单例模式

十五 线程释放锁的时机

  1. 执行完同步代码块
  2. 在执行同步代码块的过程中，遇到异常而导致线程终止
  3. 在执行同步代码块的过程中，执行了锁所属对象的wait()方法，这个线程会释放锁，进行对象的等待池

十六 什么是上下文切换？

上下文切换（有时也称做进程切换或任务切换）是指 CPU 从一个进程或线程切换到另一个进程或线程。详情参见文章上下文切换详解
如何减少上下文切换？

  • 无锁并发编程
    多线程竞争锁时会引起上下文切换，所以多线程处理数据时，可以将数据的ID利用hash算法取模分段，不同的线程处理不同的分段
  • CAS
  • 使用最少线程
  • 协程
    在单线程里实现多任务的调度，并在单线程中维持多任务的切换

十七 线程状态

线程状态

十八 控制并发线程数的Semaphore

简介

Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。很多年以来，我都觉得从字面上很难理解Semaphore所表达的含义，只能把它比作是控制流量的红绿灯，比如XX马路要限制流量，只允许同时有一百辆车在这条路上行使，其他的都必须在路口等待，所以前一百辆车会看到绿灯，可以开进这条马路，后面的车会看到红灯，不能驶入XX马路，但是如果前一百辆中有五辆车已经离开了XX马路，那么后面就允许有5辆车驶入马路，这个例子里说的车就是线程，驶入马路就表示线程在执行，离开马路就表示线程执行完成，看见红灯就表示线程被阻塞，不能执行。

应用场景

Semaphore可以用于做流量控制，特别公用资源有限的应用场景，比如数据库连接。假如有一个需求，要读取几万个文件的数据，因为都是IO密集型任务，我们可以启动几十个线程并发的读取，但是如果读到内存后，还需要存储到数据库中，而数据库的连接数只有10个，这时我们必须控制只有十个线程同时获取数据库连接保存数据，否则会报错无法获取数据库连接。这个时候，我们就可以使用Semaphore来做流控，代码如下：

public class SemaphoreTest {

    private static final int THREAD_COUNT = 30;

    private static ExecutorService threadPool = Executors
            .newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);

    private static Semaphore s = new Semaphore(10);

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        s.acquire();
                        System.out.println("save data");
                        s.release();
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                }
            });
        }

        threadPool.shutdown();
    }
}

在代码中，虽然有30个线程在执行，但是只允许10个并发的执行。Semaphore的构造方法Semaphore(int permits) 接受一个整型的数字，表示可用的许可证数量。Semaphore(10)表示允许10个线程获取许可证，也就是最大并发数是10。Semaphore的用法也很简单，首先线程使用Semaphore的acquire()获取一个许可证，使用完之后调用release()归还许可证。还可以用tryAcquire()方法尝试获取许可证。

其他方法

Semaphore还提供一些其他方法：

int availablePermits() ：返回此信号量中当前可用的许可证数。
int getQueueLength()：返回正在等待获取许可证的线程数。
boolean hasQueuedThreads() ：是否有线程正在等待获取许可证。
void reducePermits(int reduction) ：减少reduction个许可证。
Collection getQueuedThreads() ：返回所有等待获取许可证的线程集合。

十九 在单核CPU中，synchronized有意义吗？

在单核CPU中，多线程是通过竞争CPU时间片并发执行不同线程，这使得使用者感觉到多线程在并发执行任务。

Java具有自己的内存模型，详见Java内存模型。线程的共享变量存储在主存中，线程还有自己的本地内存，线程对共享变量进行操作时先要将共享变量存储在本地内存中，之后对本地内存中的共享变量副本就行操作，操作完成后将共享变量更新到主存中。

由此可以看出线程操作共享变量val一共分为三步：

  1. 保存val的副本于本地内存
  2. 操作val副本
  3. 更新val到主内存

假设多线程对共享变量val进行操作，线程1在一个CPU时间片内完成了1、2步的操，紧接着线程2获取了CPU时间片并对val进行操作，由于线程1没有执行第3步所以线程2在第1步读取到的val仍旧为原值，并没有感知到线程1对val进行的改变。

总结：Java内存模型是对CPU内存模型的一个抽象，它对于CPU是否是多核不敏感，所以synchronized仍然发挥其可见性和互斥性语义。

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