50個Java多線程面試題(上)

Java 語言一個重要的特點就是內置了對并發的支持,讓 Java 大受企業和程序員的歡迎。大多數待遇豐厚的 Java 開發職位都要求開發者精通多線程技術并且有豐富的 Java 程序開發、調試、優化經驗,所以線程相關的問題在面試中經?;岜惶岬?。

在典型的 Java 面試中, 面試官會從線程的基本概念問起, 如:為什么你需要使用線程, 如何創建線程,用什么方式創建線程比較好(比如: 繼承 thread 類還是調用 Runnable 接口 ),然后逐漸問到并發問題像在 Java 并發編程的過程中遇到了什么挑戰,Java 內存模型,JDK1.5 引入了哪些更高階的并發工具,并發編程常用的 設計模式 ,經典多線程問題如生產者消費者,哲學家就餐,讀寫器或者簡單的有界緩沖區問題。僅僅知道線程的基本概念是遠遠不夠的, 你必須知道如何處理死鎖,競態條件,內存沖突和線程安全等并發問題。掌握了這些技巧,你就可以輕松應對多線程和并發面試了。

許多 Java 程序員在面試前才會去看面試題,這很正常。因為收集面試題和練習很花時間,所以我從許多面試者那里收集了 Java 多線程和并發相關的 50 個熱門問題。我只收集了比較新的面試題且沒有提供全部答案。想必聰明的你對這些問題早就心中有數了, 如果遇到不懂的問題,你可以用 Google 找到答案。若你實在找不到答案,可以在文章的評論中向我求助。

50 道 Java 線程面試題

下面是 Java 線程相關的熱門面試題,你可以用它來好好準備面試。

1) 什么是線程?

線程是操作系統能夠進行運算調度的最小單位,它被包含在進程之中,是進程中的實際運作單位。程序員可以通過它進行多處理器編程,你可以使用多線程對運算密集型任務提速。比如,如果一個線程完成一個任務要 100 毫秒,那么用十個線程完成改任務只需 10 毫秒。Java 在語言層面對多線程提供了卓越的支持,它也是一個很好的賣點。

2) 線程和進程有什么區別?

線程是進程的子集,一個進程可以有很多線程,每條線程并行執行不同的任務。不同的進程使用不同的內存空間,而所有的線程共享一片相同的內存空間。別把它和棧內存搞混,每個線程都擁有單獨的棧內存用來存儲本地數據。

3) 如何在 Java 中實現線程?

在語言層面有兩種方式。java.lang.Thread 類的實例就是一個線程但是它需要調用 java.lang.Runnable 接口來執行,由于線程類本身就是調用的 Runnable 接口所以你可以繼承 java.lang.Thread 類或者直接調用 Runnable 接口來重寫 run ()方法實現線程。

4) 用 Runnable 還是 Thread?

這個問題是上題的后續,大家都知道我們可以通過繼承 Thread 類或者調用 Runnable 接口來實現線程,問題是,那個方法更好呢?什么情況下使用它?這個問題很容易回答,如果你知道 Java 不支持類的多重繼承,但允許你調用多個接口。所以如果你要繼承其他類,當然是調用 Runnable 接口好了。

5) Thread 類中的 start () 和 run () 方法有什么區別?

這個問題經常被問到,但還是能從此區分出面試者對 Java 線程模型的理解程度。start ()方法被用來啟動新創建的線程,而且 start ()內部調用了 run ()方法,這和直接調用 run ()方法的效果不一樣。當你調用 run ()方法的時候,只會是在原來的線程中調用,沒有新的線程啟動,start ()方法才會啟動新線程。

6) Java 中 Runnable 和 Callable 有什么不同?

Runnable 和 Callable 都代表那些要在不同的線程中執行的任務。Runnable 從 JDK1.0 開始就有了,Callable 是在 JDK1.5 增加的。

它們的主要區別是 Callable 的 call () 方法可以返回值和拋出異常,而 Runnable 的 run ()方法沒有這些功能。Callable 可以返回裝載有計算結果的 Future 對象。

7) Java 中 CyclicBarrier 和 CountDownLatch 有什么不同?

CyclicBarrier 和 CountDownLatch 都可以用來讓一組線程等待其它線程。與 CyclicBarrier 不同的是,CountdownLatch 不能重新使用。

8) Java 內存模型是什么?

Java 內存模型規定和指引 Java 程序在不同的內存架構、CPU 和操作系統間有確定性地行為。它在多線程的情況下尤其重要。Java 內存模型對一個線程所做的變動能被其它線程可見提供了保證,它們之間是先行發生關系。這個關系定義了一些規則讓程序員在并發編程時思路更清晰。比如,先行發生關系確保了:

線程內的代碼能夠按先后順序執行,這被稱為程序次序規則。 
對于同一個鎖,一個解鎖操作一定要發生在時間上后發生的另一個鎖定操作之前,也叫做管程鎖定規則。 
前一個對 Volatile 的寫操作在后一個volatile的讀操作之前,也叫volatile變量規則。 
一個線程內的任何操作必需在這個線程的 start ()調用之后,也叫作線程啟動規則。 
一個線程的所有操作都會在線程終止之前,線程終止規則。 
一個對象的終結操作必需在這個對象構造完成之后,也叫對象終結規則。 
可傳遞性 
我強烈建議大家閱讀《Java 并發編程實踐》第十六章來加深對 Java 內存模型的理解。

9) Java 中的 volatile 變量是什么?

volatile 是一個特殊的修飾符,只有成員變量才能使用它。在 Java 并發程序缺少同步類的情況下,多線程對成員變量的操作對其它線程是透明的。volatile 變量可以保證下一個讀取操作會在前一個寫操作之后發生,就是上一題的 volatile 變量規則。

10) 什么是線程安全?Vector 是一個線程安全類嗎? 
如果你的代碼所在的進程中有多個線程在同時運行,而這些線程可能會同時運行這段代碼。如果每次運行結果和單線程運行的結果是一樣的,而且其他的變量的值也和預期的是一樣的,就是線程安全的。一個線程安全的計數器類的同一個實例對象在被多個線程使用的情況下也不會出現計算失誤。很顯然你可以將集合類分成兩組,線程安全和非線程安全的。Vector 是用同步方法來實現線程安全的, 而和它相似的 ArrayList 不是線程安全的。

11) Java 中什么是競態條件? 舉個例子說明。

競態條件會導致程序在并發情況下出現一些 bugs。多線程對一些資源的競爭的時候就會產生競態條件,如果首先要執行的程序競爭失敗排到后面執行了,那么整個程序就會出現一些不確定的 bugs。這種 bugs 很難發現而且會重復出現,因為線程間的隨機競爭。一個例子就是無序處理。

12) Java 中如何停止一個線程?

Java 提供了很豐富的 API 但沒有為停止線程提供 API。JDK 1.0 本來有一些像 stop (), suspend () 和 resume ()的控制方法但是由于潛在的死鎖威脅因此在后續的 JDK 版本中他們被棄用了,之后 Java API 的設計者就沒有提供一個兼容且線程安全的方法來停止一個線程。當 run () 或者 call () 方法執行完的時候線程會自動結束,如果要手動結束一個線程,你可以用 volatile 布爾變量來退出 run ()方法的循環或者是取消任務來中斷線程。

13) 一個線程運行時發生異?;嵩躚??

這是我在一次面試中遇到的一個很刁鉆的 Java 面試題 , 簡單的說,如果異常沒有被捕獲該線程將會停止執行。

Thread.UncaughtExceptionHandler 是用于處理未捕獲異常造成線程突然中斷情況的一個內嵌接口。當一個未捕獲異常將造成線程中斷的時候 JVM 會使用 Thread.getUncaughtExceptionHandler ()來查詢線程的 UncaughtExceptionHandler 并將線程和異常作為參數傳遞給 handler 的 uncaughtException ()方法進行處理。

14) 如何在兩個線程間共享數據?

你可以通過共享對象來實現這個目的,或者是使用像阻塞隊列這樣并發的數據結構。這篇教程 《Java 線程間通信》 (涉及到在兩個線程間共享對象)用 wait 和 notify 方法實現了生產者消費者模型。

15) Java 中 notify 和 notifyAll 有什么區別?

這又是一個刁鉆的問題,因為多線程可以等待單監控鎖,Java API 的設計人員提供了一些方法當等待條件改變的時候通知它們,但是這些方法沒有完全實現。notify ()方法不能喚醒某個具體的線程,所以只有一個線程在等待的時候它才有用武之地。而 notifyAll ()喚醒所有線程并允許他們爭奪鎖確保了至少有一個線程能繼續運行。

16) 為什么 wait, notify 和 notifyAll 這些方法不在 thread 類里面?

這是個設計相關的問題,它考察的是面試者對現有系統和一些普遍存在但看起來不合理的事物的看法?;卮鷲廡┪侍獾氖焙?,你要說明為什么把這些方法放在 Object 類里是有意義的,還有不把它放在 Thread 類里的原因。一個很明顯的原因是 JAVA 提供的鎖是對象級的而不是線程級的,每個對象都有鎖,通過線程獲得。如果線程需要等待某些鎖那么調用對象中的 wait ()方法就有意義了。如果 wait ()方法定義在 Thread 類中,線程正在等待的是哪個鎖就不明顯了。簡單的說,由于 wait,notify 和 notifyAll 都是鎖級別的操作,所以把他們定義在 Object 類中因為鎖屬于對象。

17) 什么是 ThreadLocal 變量?

ThreadLocal 是 Java 里一種特殊的變量。每個線程都有一個 ThreadLocal 就是每個線程都擁有了自己獨立的一個變量,競爭條件被徹底消除了。它是為創建代價高昂的對象獲取線程安全的好方法,比如你可以用 ThreadLocal 讓 SimpleDateFormat 變成線程安全的,因為那個類創建代價高昂且每次調用都需要創建不同的實例所以不值得在局部范圍使用它,如果為每個線程提供一個自己獨有的變量拷貝,將大大提高效率。首先,通過復用減少了代價高昂的對象的創建個數。其次,你在沒有使用高代價的同步或者不變性的情況下獲得了線程安全。線程局部變量的另一個不錯的例子是 ThreadLocalRandom 類,它在多線程環境中減少了創建代價高昂的 Random 對象的個數。

18) 什么是 FutureTask?

在 Java 并發程序中 FutureTask 表示一個可以取消的異步運算。它有啟動和取消運算、查詢運算是否完成和取回運算結果等方法。只有當運算完成的時候結果才能取回,如果運算尚未完成 get 方法將會阻塞。一個 FutureTask 對象可以對調用了 Callable 和 Runnable 的對象進行包裝,由于 FutureTask 也是調用了 Runnable 接口所以它可以提交給 Executor 來執行。

19) Java 中 interrupted 和 isInterruptedd 方法的區別?

interrupted () 和 isInterrupted ()的主要區別是前者會將中斷狀態清除而后者不會。Java 多線程的中斷機制是用內部標識來實現的,調用Thread.interrupt ()來中斷一個線程就會設置中斷標識為 true。當中斷線程調用靜態方法Thread.interrupted ()來檢查中斷狀態時,中斷狀態會被清零。而非靜態方法 isInterrupted ()用來查詢其它線程的中斷狀態且不會改變中斷狀態標識。簡單的說就是任何拋出 InterruptedException 異常的方法都會將中斷狀態清零。無論如何,一個線程的中斷狀態有有可能被其它線程調用中斷來改變。

20) 為什么 wait 和 notify 方法要在同步塊中調用?

主要是因為 Java API 強制要求這樣做,如果你不這么做,你的代碼會拋出 IllegalMonitorStateException 異常?;褂幸桓鱸蚴俏吮苊?wait 和 notify 之間產生競態條件。

21) 為什么你應該在循環中檢查等待條件?

處于等待狀態的線程可能會收到錯誤警報和偽喚醒,如果不在循環中檢查等待條件,程序就會在沒有滿足結束條件的情況下退出。因此,當一個等待線程醒來時,不能認為它原來的等待狀態仍然是有效的,在 notify ()方法調用之后和等待線程醒來之前這段時間它可能會改變。這就是在循環中使用 wait ()方法效果更好的原因,你可以在 Eclipse 中創建模板調用 wait 和 notify 試一試。如果你想了解更多關于這個問題的內容,我推薦你閱讀《Effective Java》這本書中的線程和同步章節。

22) Java 中的同步集合與并發集合有什么區別?

同步集合與并發集合都為多線程和并發提供了合適的線程安全的集合,不過并發集合的可擴展性更高。在 Java1.5 之前程序員們只有同步集合來用且在多線程并發的時候會導致爭用,阻礙了系統的擴展性。Java5 介紹了并發集合像 ConcurrentHashMap,不僅提供線程安全還用鎖分離和內部分區等現代技術提高了可擴展性。

23) Java 中堆和棧有什么不同?

為什么把這個問題歸類在多線程和并發面試題里?因為棧是一塊和線程緊密相關的內存區域。每個線程都有自己的棧內存,用于存儲本地變量,方法參數和棧調用,一個線程中存儲的變量對其它線程是不可見的。而堆是所有線程共享的一片公用內存區域。對象都在堆里創建,為了提升效率線程會從堆中弄一個緩存到自己的棧,如果多個線程使用該變量就可能引發問題,這時 volatile 變量就可以發揮作用了,它要求線程從主存中讀取變量的值。

24) 什么是線程池? 為什么要使用它?

創建線程要花費昂貴的資源和時間,如果任務來了才創建線程那么響應時間會變長,而且一個進程能創建的線程數有限。為了避免這些問題,在程序啟動的時候就創建若干線程來響應處理,它們被稱為線程池,里面的線程叫工作線程。從 JDK1.5 開始,Java API 提供了 Executor 框架讓你可以創建不同的線程池。比如單線程池,每次處理一個任務;數目固定的線程池或者是緩存線程池(一個適合很多生存期短的任務的程序的可擴展線程池)。

25) 如何寫代碼來解決生產者消費者問題?

在現實中你解決的許多線程問題都屬于生產者消費者模型,就是一個線程生產任務供其它線程進行消費,你必須知道怎么進行線程間通信來解決這個問題。比較低級的辦法是用 wait 和 notify 來解決這個問題,比較贊的辦法是用 Semaphore 或者 BlockingQueue 來實現生產者消費者模型。

來源:CSDN

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