多线程面试题集锦
1、為什么使用Executor框架？
每次創建線程new Thread()比較消耗性能（耗時，耗資源），而且任務來了才創建那么響應時間會變長 。線程池方便線程的回收利用，避免頻繁創建導致的資源消耗
new Thread()創建的線程缺乏管理，而且可以無限制的創建，線程之間的相互競爭會導致過多占用系統資源而導致系統癱瘓（OutOfMemoryError，OOM），還有線程之間的頻繁交替也會消耗很多系統資源。Executors創建線程可以有效控制最大并發線程數，提高系統資源利用率，同時避免過多資源競爭
new Thread()啟動的線程不利于擴展，比如定時執行、定期執行、線程中斷等都不便實現（線程池提供定時定期執行、單線程、并發數控制等）
2、Executor和Executors的區別
Executors是工具類，里面的方法可以創建不同類型的線程池（定長、變長、定時、單一）
Executro是線程池的一個根接口，里面有一個execute()方法用來執行任務
3、什么是原子操作？簡述java.util.concurrent包中的原子類？
原子操作（atomic operation）：不可被中斷的一個或一系列操作。
處理器使用基于對緩存加鎖或總線加鎖的方式來實現多處理器之間的原子操作。
在Java中可以通過鎖和循環CAS的方式來實現原子操作。CAS操作（Compare and swap或compare and set），現在幾乎所有的cpu指令都支持cas的原子操作
原子操作是指一個不受其他操作影響的操作任務單元。原子操作是在多線程環境下避免數據不一致必須的手段
int++并不是一個原子操作，所以當一個線程讀取它的值并加一時，另外一個線程有可能會讀到之前的值，這就引發錯誤
為了解決這個問題，必須保證增加操作是原子的，JDK1.5之前我們可以使用同步技術來做到這一點。1.5后增加了java.util.concurrent.atomic包提供了int和long類型的原子包裝類，他們可以保證對于他們的操作是原子的，而且不需要使用同步。
java.util.concurrent.atomic包里面的原子類，基本特性就是在多線程環境下，當有多個線程同時執行這些類的實例包含的方法時，具有排他性：即當某個線程進入方法，執行其中的指令時，不會被其他線程打斷，而別的線程就像自旋鎖一樣，一直等到該方法執行完成，才由JVM從等待隊列中選擇另一個線程進入，這只是一種邏輯上的理解。
原子類：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong，AtomicReference
原子數組：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，AtomicReferenceArray
原子屬性更新器：AtomicLongFieldUpdater,AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicReferenceFieldUpdater
解決ABA問題的原子類：AtomicMarkableReference（通過引入一個boolean來反映中間有沒有變過）（通過引入一個int來累加反映中間有沒有變過）
4、Lock接口是什么？對比synchronized有什么優勢？
Lock接口比synchronized提供了更具擴展性的鎖操作
優勢：
公平鎖
可以使線程在等待鎖的時候響應中斷
可以讓線程嘗試獲取鎖（tryLock）并在無法獲取鎖的時候立即返回或者等待一段時間
可以在不同的范圍，以不同的順序獲取和釋放鎖
整體上來說Lock是synchronized的擴展板，Lock提供了無條件的，可輪詢的（tryLock方法）、定時的（tryLock帶參）、可中斷的（lockInterruptibly）、可多條件隊列的（new Condition方法）鎖操作。另外Lock的實現類基本都支持非公平（默認）和公平鎖。synchronized只支持非公平鎖，當然，在大部分情況下，非公平鎖是高效的選擇
5、Executors框架
Excutors框架是一個根據一組執行側率調用，調度，執行和控制的異步任務的框架。
無限制的創建線程會引起應用程序內存溢出。所以創建一個線程池是個更好的解決方案，因為可以限制線程的數量并且可以回收再利用這些線程。利用Executors框架可以非常方便的創建一個線程池（定長、變長、單一、定時）
6、什么是阻塞隊列（BlockingQueue）？阻塞隊列的實現原理是什么？如何使用阻塞隊列來實現生產者-消費者模型
阻塞隊列（BlockingQueue）是一個支持兩個附加操作的隊列。
這兩個附加的操作是：在隊列為空時，獲取元素的線程會等待隊列變為非空。當隊列滿時，存儲元素的線程會等待隊列可用。
阻塞隊列常用語生產者和消費者的場景，生產者是往隊列里添加元素的線程，消費者是從隊列里拿元素的線程。阻塞隊列就是生產者存放元素的容器，而消費者也只從容器拿元素。
JDK7提供了7個阻塞隊列。分別是：
ArrayBlockingQueue：一個由數組結構組成的有界阻塞隊列
LinkedBlockingQueue：一個由鏈表結構組成的有界阻塞隊列
PriorityBlockingQueue：一個支持優先級排序的無界阻塞隊列
DelayQueue：一個使用優先級隊列實現的無界阻塞隊列
SynchronousQueue：一個不存儲元素的阻塞隊列（此5個jdk 1.5）
LinkedTransferQueue：一個由鏈表結構阻塞的無界阻塞隊列（jdk1.7）
LinkedBlockingDeque：一個由鏈表結構組成的雙向阻塞隊列（jdk1.6）
java 5之前實現同步存取時，可以使用普通的一個集合，然后在使用線程的協作和線程同步可以實現生產者、消費者模式，主要技術就是用好：wait、notify、notifyAll、synchronized這些關鍵字。而在java 5之后，可以使用阻塞隊列來實現，此方式大大減少了代碼量，使得多線程編程更加容易，安全方面也有保障。
BlockingQueue接口是Queue的子接口，它的主要用途并不是作為容器，而是作為線程同步的工具，因此它具有一個很明顯的特性，當生產者線程師徒想BlockingQueue放入元素時，如果隊列已滿，則線程被阻塞，當消費者線程師徒從中取出一個元素時，如果隊列為空，則該線程會被阻塞，正是因為它所具有的這個特性，所以在程序中多個線程交替向BlockingQueue中放入元素，取出元素，它可以很好的控制線程之間的通信。
阻塞隊列使用最經典的場景就是socket客戶端數據的讀取和解析，讀取數據的線程不斷將數據放入隊列，然后解析線程不斷從隊列數據解析
7、什么是Callable和Future？
Callable接口類似于Runnable，但是Runnable沒有返回值，并且無法拋出異常（run 方法無法聲明異常）。Callable接口，的call方法允許有返回值（并且可以聲明異常），這個返回值可以被Future拿到。
可以認為它是帶有回調的Runnable
Future接口表示異步任務，是還沒有完成的任務給出的未來結果。所以說Callable用于產生結果，Future用于獲取結果
8、什么是FutureTask？
FutureTask表示一個異步運算任務，實現了Future和Runnable接口，持有Callable的引用。意味著它可以傳遞給Thread(Runnable task)，調用start()方法啟動線程，并且能夠獲取到線程執行結果的返回值。當然同樣可以使用Executors線程池來提交任務。
public static void main(String[] args) {
//第一種方式
ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
Task task = new Task();
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(task);
executor.submit(futureTask);
executor.shutdown();
//第二種方式，注意這種方式和第一種方式效果是類似的，只不過一個使用的是ExecutorService，一個使用的是Thread
/*Task task = new Task();
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(task);
Thread thread = new Thread(futureTask);
thread.start();*/
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e1) {
e1.printStackTrace();
}
System.out.println("主線程在執行任務");
try {
System.out.println("task運行結果"+futureTask.get());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("所有任務執行完畢");
}
9、什么是并發容器的實現？
同步容器：就是通過synchronized來實現同步的容器。如果有多個線程調用同步容器的方法，它們會串行執行。比如Vector、HashTable，Collections.synchronizedSet,synchronizedList等方法返回的容器。這些容器的方法一般都使用了synchronized來修飾（包括讀）
并發容器使用了與同步容器完全不同的加鎖策略來提供更高的并發性和伸縮性，例如在ConcurrentHashMap中采用了一種粒度更細的加鎖機制（分段鎖），在這種鎖機制下，允許任意數量的讀線程并發地訪問map，并且執行讀操作的線程和寫操作的線程也可以并發的訪問map，同時允許一定數量的寫操作線程并發地修改map，所以它可以在并發環境下實現更高的吞吐量
10、CyclicBarrier和CountDownLatch有什么區別？
1）CountDownLatch一個線程等待，知道他等待的其他線程都執行完成并且調用countDown()方法發出通知后，當前線程才能繼續執行
2）CyclicBarrier是所有線程都進行等待，知道所有線程都準備好進入await()方法之后，所有的線程同時開始執行
3）CyclicBarrier可以重復使用（reset()），而CountDownLatch不能重復使用。所以CyclicBarrier可以處理更為復雜的業務場景，比如如果計算發生錯誤，可以充值計數器讓線程們重新執行一次。
4）CyclicBarrier還提供其他有用的方法，比如getNumberWaiting方法可以獲得CyclicBarrier阻塞的線程數量。isBroken方法用來知道阻塞的線程是否被中斷。
Java的concurrent包里面的CountDownLatch其實可以把它看做一個計數器，只不過這個計數器的操作是原子操作，同時只能有一個線程去操作這個計數器，也就是同時只能有一個線程去減這個計數器里面的值。
你可以向CountDownLatch對象設置一個初始的數字作為計數值，任何調用這個對象的await()方法都會阻塞，直到這個計數器的計數值被其他的線程減為0為止。
所以在當前計數到達零之前，await方法會一直受阻塞。之后，會釋放所有等待的線程，await的所有后續調用都將立即返回。這種現象只出現一次——計數無法被重置。如果需要重置計數，請考慮使用CyclicBarrier。
CountDownLatch的一個非常典型的應用場景是：有一個任務想要往下執行，但必須要等到其他的任務執行完畢后才可以繼續往下執行。假如我們這個想要繼續往下執行的任務調用一個CountDownLatch對象的awit()方法，其他的任務執行完自己的任務后調用同一個CountDownLatch對象上的countDown()方法，這個調用await()方法的任務將一直阻塞等待，直到這個CountDownLatch對象的計數值減到0為止。
CountDownLatch:一個線程(或者多個)， 等待另外N個線程完成某個事情之后才能執行。
CyclicBarrier：N個線程互相等待，任何一個線程完成之前，所有的線程都必須等待
CyclicBarrier是一個同步輔助類，它允許一組線程互相等待，直到到達某個公共屏障點（common barrier point）。在涉及一組固定大小的線程的程序中，這些線程必須不時地互相等待，此時CyclicBarrier很有用。因為該barrier在釋放等待線程后可以重用，所以稱他為循環的barrier。
CyclicBarrier的一個典型使用場景是用于多線程計算數據，最后合并計算結果
11、如何停止一個正在運行的線程？
1）使用共享變量：共享變量作為標記
2）使用interrupt()方法終止線程：如果一個線程由于等待某些事件的發生而被阻塞，又該怎樣停止該線程呢？這種情況經常會發生，比如當一個線程由于需要等候鍵盤輸入而被阻塞，或者調用Thread.join()方法，或者Thread.sleep()方法，在網絡中調用ServerSocket.accept()方法，或者調用了DatagramSocket.receive()方法時，都有可能導致線程阻塞，使線程處于處于不可運行狀態時，即使主程序中將該線程的共享變量設置為true，但該線程此時根本無法檢查循環標志，當然也就無法立即中斷。這里我們給出的建議是，不要使用stop()方法，而是使用Thread提供的interrupt()方法，因為該方法雖然不會中斷一個正在運行的線程，但是它可以使一個被阻塞的線程拋出一個中斷異常，從而使線程提前結束阻塞狀態，退出堵塞代碼。
12、樂觀鎖和悲觀鎖的理解及如何實現，有哪些實現方式？
悲觀鎖：總是假設最壞的情況，每次去那數據的時候都認為別人會修改，所以在每次拿數據的時候都會上鎖，這樣別人想拿這個數據就會阻塞直到它拿到鎖。傳統的關系型數據庫里邊就用到了很多這種鎖機制，比如行鎖，表鎖等，讀鎖，寫鎖等，都是在做操作之前上鎖。再比如Java里面的同步synchronized關鍵字的實現其實也是悲觀鎖。
樂觀鎖：顧名思義，就是很樂觀，每次去拿數據的時候都認為別人不會修改，所以不會上鎖，但是在更新的時候會判斷一下在此期間別人有沒有去更新這個數據，可以使用版本號等機制。樂觀鎖適用于多讀的應用場景，這樣可以提高吞吐量，想數據庫提供的類似write_condition機制，其實都是提供的樂觀鎖。在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的院子變量類就是使用了樂觀鎖的一種實現方式CAS實現的。
樂觀鎖的實現方式：
（1）使用版本表示來確定讀到的數據與提交時的數據是否一致。提交后修改版本標識，不一致可以采取丟棄和再嘗試的策略
（2）java中的Compareandswap即CAS，當多個線程嘗試使用CAS同時更新同一個變量時，只有其中一個線程能更新變量的值，而其它線程都失敗，失敗的線程并不會被掛起，而是被告知這次競爭中失敗，并可以再次嘗試。CAS操作中包含三個操作數——需要讀寫的內存位置（V）、進行比較的預期原值（A）和擬寫入的新值（B）。如果內存位置V的值與預期原值A相匹配，那么處理器會自動將該值更新為新值B。否則處理器不做任何操作。
CAS缺點：
（1）ABA問題：比如說一個線程one從內存位置V取出A，這時候另一個線程two也從內存中取出A，并且two進行了一些操作變成了B，然后two又將V位置的數據變成了A，這時候線程one進行CAS操作發現內存中仍然是A，然后one操作成功。盡管線程one的CAS操作成功，但可能存在潛藏的問題。從Java1.5開始JDK的atomic包里提供了一個雷AtomicStampedReference來解決ABA問題
（2）循環時間長開銷大：對于資源競爭嚴重（線程沖突嚴重）的情況，CAS自旋的概率會比較大，從而浪費更多的CPU資源，效率低于synchronized
（3）只能保證一個共享變量的原子操作：當對一個共享變量執行操作時，我們可以使用循環CAS的方式來保證原子操作，但是對多個共享變量從操作時，循環CAS就無法保證操作的原子性，這個時候就可以用鎖。
13、SynchronizedMap和ConcurrentHashMap有什么區別？
SynchronizedMap使用同步代碼塊來保證線程安全，鎖為當前對象。
ConcurrentHashMap使用分段鎖來保證多線程的性能。
ConcurrentHashMap中則是一次鎖住一個桶。ConcurrentHashMap默認將hash表分為16個桶，諸如get，put，remove等常用操作值鎖當前需要用到的桶。這樣，原來只能一個線程進入，現在卻能16個寫線程執行，并發性能的提升顯而易見。
另外ConcurrentHashMap使用了一種不同的迭代方式。在這種迭代方式中，當iterator被創建后集合再發生改變就不再拋出ConcurrentModificationException，取而代之的是在改變時new新的數據從而不影響原有數據，iterator完成后再將頭指針替換為新的數據，這樣iterator線程可以使用原來老的數據，而寫線程也可以并發的完成改變
14、CopyOnWriteArrayList的應用場景
CopyOnWriteArrayList（免鎖容器）的好處之一是當多個迭代器同時遍歷和修改這個列表時，不會跑出ConcurrentModificationException。
在CopyOnWriteArrayList中，寫入將導致創建整個底層數組的副本，而源數組將保留在原地，使得復制的數組在被修改時，讀取操作可以安全地執行。
（1）由于寫操作的時候，需要拷貝數組，會消耗內存，如果原數組的內容比較多的情況下，可能導致younggc或者fullgc；
（2）不能用于實時讀的場景，像拷貝數組、新增元素都需要時間，所以調用一個set操作后，讀取到數據可能還是舊的，雖然CopyOnWriteArrayList能做到最終一致性，但是還是沒法滿足實時性要求；
CopyOnWriteArrayList透露的思想：讀寫分離；最終一致性；使用另外開辟空間的思路，來解決并發沖突
15、什么叫線程安全？servlet是線程安全嗎？
線程安全指某個函數、函數庫在多線程環境中被調用時，能夠正確地處理多個線程之間的共享變量，使程序功能正確完成。
Servlet不是線程安全的，servlet使單例多線程的，當多個線程同時訪問同一個方法，是不能保證共享變量的線程安全性的。
16、volatile有什么用？應用場景
volatile保證內存可見性和禁止指令重排序
volatile用于多線程下的單次操作（單次讀或者單次寫）
五種應用場景：狀態標志、一次性安全發布、獨立觀察、volatilebean模式、開銷較低的讀-寫鎖策略（參考：https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp06197.html）
17、為什么代碼會重排序
在執行程序時，為了提供性能，處理器和編譯器常常會對指令進行重排序，但是不能隨意重排序，需要滿足以下兩個條件：
（1）在單線程環境下不能改變程序運行結果
（2）存在數據以來關系的不允許重排序
需要注意的是：重排序不會影響單線程環境的執行結果，但是會破壞多線程的執行語義
18、一個線程運行時發生異常會怎么樣？
如果異常沒有捕獲，該線程會停止執行
Thread.UncaughtExceptionHandler是用來處理未捕獲異常造成線程突然中斷情況的一個內嵌借口。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病將線程和異常作為參數傳遞給handler的uncaughtException()方法進行處理
19、為什么wait，notify和notifyAll這些方法不在Thread類，而在Object類？
一個很明顯的原因就是Java提供的鎖是對象鎖，而不是線程級的，每個對象都有鎖，通過線程獲得。由于wait、notify、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
20、什么是ThreadLocal變量？
ThreadLocal稱為線程變量，每個線程都有一個ThreadLocal就是每個線程都有自己的獨立變量，競爭條件被消除了。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SimpleDataFormat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可變性的情況下獲得了線程安全。
ThreadLocal比較核心是ThreadLocalMap，作為存儲的容器，key為當前線程，value為值，所以通過get方法或去ThreadLocalMap中獲取當前線程對應key的value
21、怎么檢測一個線程是否擁有鎖？
java.lang.Thread中有一個方法holdsLock(Objectobj)，它返回true如果當且僅當當前線程擁有某個具體鎖對象
22、如何在Java中獲取線程堆棧？
kill -3 [java pid]
不會再當前中斷輸出，它會輸出到代碼執行的或指定的地方去。比如，kill -3tomcatpid，輸出堆棧到log目錄下
Jstack [javapid]
這個比較簡單，在當前終端顯示，也可以重定向到指定文件中。
JvisualVM
Thread Dump，打開后都是界面操作
23、JVM中關于線程的參數
-Xss：每個線程的棧大小
24、ConcurrentHashMap的并發度是什么？
ConcurrentHashMap把實際map劃分成若干部分來實現它的可擴展性和線程安全。這種劃分是使用并發度獲得的，它是ConcurrentHashMap類構造函數的一個可選參數，默認值16，這樣在多線程情況下就能避免爭用。
在JDK8之后，它摒棄了Segment（鎖段）的概念，而是啟用了一種全新的方式實現，利用CAS算法。同時加入了更多的輔助變量來提高并發度。
25、Java中Semaphore是什么？
Java中Semaphore是一種新的同步類，它是一個計數信號。從概念上講，信號量維護了一個許可集合。如有必要，在許可可用前會阻塞每一個acquire()，然后再獲取該許可。每個release()添加一個許可，從而可能釋放一個正在阻塞的獲取者。但是，不使用實際的許可對象，Semaphore只對可用許可的號碼進行計數，并采用相應的行動。信號量常常用于多線程的代碼中，比如數據庫連接池
26、線程池的submit()和execute()方法有什么區別
兩個方法都可以向線程池提交任務，execute方法返回值為void，它定義在Executor接口中。
submit方法可以返回持有計算結果的Future對象，它定義在ExecutorService接口中，它擴展了Executor接口
27、什么是阻塞式方法？
指程序會一直等待該方法完成期間不做其他事情，ServerSocket的accept()方法就是一直等待客戶端連接。這里的阻塞是指調用結果返回之前，當前線程會被掛起，直到得到結果之后才會返回。此外，還有異步和非阻塞式方法在任務完成前就返回
28、volatile變量和atomic變量有什么不同？
Volatile變量可以確保先行關系，即寫操作會發生在后續的讀操作之前, 但它并不能保證原子性。例如用volatile修飾count變量那么 count++ 操作就不是原子性的。
而AtomicInteger類提供的atomic方法可以讓這種操作具有原子性如getAndIncrement()方法會原子性的進行增量操作把當前值加一，其它數據類型和引用變量也可以進行相似操作。
29、你對線程優先級的理解是什么？
每一個線程都是有優先級的，一般來說，高優先級的線程在運行時會具有優先權，但這依賴于線程調度的實現，這個實現是和操作系統相關的(OS dependent)。我們可以定義線程的優先級，但是這并不能保證高優先級的線程會在低優先級的線程前執行。線程優先級是一個int變量(從1-10)，1代表最低優先級，10代表最高優先級。
java的線程優先級調度會委托給操作系統去處理，所以與具體的操作系統優先級有關，如非特別需要，一般無需設置線程優先級。
30、如何確保main()方法所在的線程是java程序最后結束的線程？
就是讓main方法等待其他線程完成在結束，最簡單的我們可以使用Thread類的join()方法來確保所有程序創建的線程在main()方法退出前結束。
其次可以使用CountDownLatch，CyclicBarrier等來阻塞main線程
31、線程之間是如何通信的？
object類的wait()，notify()，notifyAll()，Condition接口的await()，signal()，signalAll()
32、同步方法和同步塊，哪個是更好的選擇？
同步塊，因為他不會鎖住整個對象（當然你可以讓他鎖住整個對象）。同步方法會鎖住整個對象。
同步塊更符合開放調用的原則，只在需要鎖定的代碼塊鎖住相應的對象，這樣從側面也可以避免死鎖。同步原則，范圍越小越好，提高效率
33、如何創建守護線程？
使用Thread類的setDaemon(true)方法可以將線程設置為守護線程，需要注意的是，需要在調用start()方法前調用這個方法，否則會拋出IllegalThreadStateException異常。
34、什么是JavaTimer類？如何創建一個有特定時間間隔的任務？
java.util.Timer是一個工具類，可以用于安排一個線程在未來的某個特定時間執行。Timer類可以用安排一次性任務或者周期任務。
java.util.TimerTask算是一個實現了Runnable接口的抽象類，我們需要去繼承這個類來創建我們自己的定時任務并使用Timer去安排它執行。
35、《阿里巴巴開發手冊》為什么要禁用Executors的方式創建線程池？
可以參照java并發編程：線程池-Executors的分析
總結就是：
FixedThreadPool和SingleThreadExecutor兩者允許的請求隊列長度為Integer.MAX_VALUE，可能會堆積大量的請求，從而引起OOM異常
CachedThreadPool則允許創建的線程數為Integer.MAX_VALUE，可能會創建大量的線程，從而引起OOM異常
所以阿里巴巴開發手冊禁用Executors的方式創建線程池，推薦自己創建ThreadPoolExecutor的原因
參考：https://juejin.im/post/5dc41c165188257bad4d9e69
總結
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