Java高并发面试题
线程安全类: 一个类是线程安全的是指， 在多线程进行调用时，不需要额外的同步和其他协调，类的行为任然是正确的．
无状态类是线程安全的
1. 什么是双检锁,JDK1.5 后对其有什么优化?
首先什么是双检锁
public class DoubleCheckedLock {
private static DoubleCheckedLock instance;
public static DoubleCheckedLock getInstance() {
if (instance == null) { //step1
synchronized (DoubleCheckedLock.class) { //step2
if(instance==null){ //step3
instance=new DoubleCheckedLock(); //step4
}
}
}
return instance;
}
}
双检锁是在创建实例时,在加锁的前后进行两次判断,即不影响效率,是代码正确.
但是也是有问题的,因为可能存在,一个线程(写)实例正在创建,另一个线程此时判断不等于null,直接将未创建完的实例返回了.
在java 1.5后提供了 volatile 保证读线程一定在写线程完成之后.
public class DoubleCheckedLock {
private volatile static DoubleCheckedLock instance;
public static DoubleCheckedLock getInstance() {
if (instance == null) { //step1
synchronized (DoubleCheckedLock.class) { //step2
if(instance==null){ //step3
instance=new DoubleCheckedLock(); //step4
}
}
}
return instance;
}
}
2.什么是缓存一致性协议?
因为CPU是运算很快,而主存的读写很忙,所以在程序运行中,会复制一份数据到高速缓存,处理完成在将结果保存主存.
这样存在一些问题,在多核CPU中多个线程,多个线程拷贝多份的高速缓存数据,最后在计算完成,刷到主存的数据就会出现覆盖
所以就出现了缓存一致性协议。最出名的就是Intel 的MESI协议，MESI协议保证了每个缓存中使用的共享变量的副本是一致的。它核心的思想是：当CPU写数据时，如果发现操作的变量是共享变量，即在其他CPU中也存在该变量的副本，会发出信号通知其他CPU将该变量的缓存行置为无效状态，因此当其他CPU需要读取这个变量时，发现自己缓存中缓存该变量的缓存行是无效的，那么它就会从内存重新读取。
3. java内存模型
Java内存模型规定所有的变量都是存在主存当中（类似于前面说的物理内存），每个线程都有自己的工作内存（类似于前面的高速缓存）。线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接对主存进行操作。并且每个线程不能访问其他线程的工作内存。
- 原子性
在Java中，对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作，即这些操作是不可被中断的，要么执行，要么不执行。
x = 10; //语句1
y = x; //语句2
x++; //语句3
x = x + 1; //语句4
只有语句1 是原子的
- 可见性
对于可见性，Java提供了volatile关键字来保证可见性。
当一个共享变量被volatile修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存，当有其他线程需要读取时，它会去内存中读取新值。
而普通的共享变量不能保证可见性，因为普通共享变量被修改之后，什么时候被写入主存是不确定的，当其他线程去读取时，此时内存中可能还是原来的旧值，因此无法保证可见性。
另外，通过synchronized和Lock也能够保证可见性，synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码，并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中。因此可以保证可见性。
- 有序性
在Java内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。
在Java里面，可以通过volatile关键字来保证一定的“有序性”（具体原理在下一节讲述）。另外可以通过synchronized和Lock来保证有序性，很显然，synchronized和Lock保证每个时刻是有一个线程执行同步代码，相当于是让线程顺序执行同步代码，自然就保证了有序性。
4. volatile 是什么?可以保证有序性吗?
一旦一个共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被volatile修饰之后，那么就具备了两层语义：
1）保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的,volatile关键字会强制将修改的值立即写入主存。
2）禁止进行指令重排序。
volatile 不是原子性操作
什么叫保证部分有序性?
当程序执行到volatile变量的读操作或者写操作时，在其前面的操作的更改肯定全部已经进行，且结果已经对后面的操作可见；在其后面的操作肯定还没有进行；
x = 2; //语句1
y = 0; //语句2
flag = true; //语句3
x = 4; //语句4
y = -1; //语句5
由于flag变量为volatile变量，那么在进行指令重排序的过程的时候，不会将语句3放到语句1、语句2前面，也不会讲语句3放到语句4、语句5后面。但是要注意语句1和语句2的顺序、语句4和语句5的顺序是不作任何保证的。
使用 Volatile 一般用于 状态标记量 和 单例模式的双检锁
5. volatile 变量和 atomic 变量有什么不同？
首先，volatile 变量和 atomic 变量看起来很像，但功能却不一样。Volatile变量可以确保先行关系，即写操作会发生在后续的读操作之前, 但它并不能保证原子性。例如用volatile修饰count变量那么 count++ 操作就不是原子性的。而AtomicInteger类提供的atomic方法可以让这种操作具有原子性如getAndIncrement()方法会原子性的进行增量操作把当前值加一，其它数据类型和引用变量也可以进行相似操作。
6.Thread 类中的start() 和 run() 方法有什么区别？
start()方法被用来启动新创建的线程，而且start()内部调用了run()方法，这和直接调用run()方法的效果不一样。当你调用run()方法的时候，只会是在原来的线程中调用，没有新的线程启动，start()方法才会启动新线程。
7.Java中Runnable和Callable有什么不同？
Runnable和Callable都代表那些要在不同的线程中执行的任务。Runnable从JDK1.0开始就有了，Callable是在JDK1.5增加的。它们的主要区别是Callable的 call() 方法可以返回值和抛出异常，而Runnable的run()方法没有这些功能。Callable可以返回装载有计算结果的Future对象。
8. Java中CyclicBarrier 和 CountDownLatch有什么不同？
CyclicBarrier 和 CountDownLatch 都可以用来让一组线程等待其它线程。与 CyclicBarrier 不同的是，CountdownLatch 不能重新使用。
9. Java中什么是竞态条件？
竞态条件会导致程序在并发情况下出现一些bugs。多线程对一些资源的竞争的时候就会产生竞态条件，如果首先要执行的程序竞争失败排到后面执行了，那么整个程序就会出现一些不确定的bugs。这种bugs很难发现而且会重复出现，因为线程间的随机竞争。
10. Java中如何停止一个线程?
Thread类中有start(), stop()方法，不过stop方法已经被废弃掉。
- 使用volatile修饰的共享变量来进行退出线程
public class ThreadFlag extends Thread
{
public volatile boolean exit = false;
public void run()
{
while (!exit);
}
public static void main(String[] args) throws Exception
{
ThreadFlag thread = new ThreadFlag();
thread.start();
sleep(3000); // 主线程延迟3秒
thread.exit = true; // 终止线程thread
thread.join();
System.out.println("线程退出!");
}
}
volatile，这个关键字的目的是使exit同步，也就是说在同一时刻只能由一个线程来修改exit的值.
- 使用 interrupt 方法终止线程
使用Thread提供的interrupt()方法，因为该方法虽然不会中断一个正在运行的线程，但是它可以使一个被阻塞的线程抛出一个中断异常，从而使线程提前结束阻塞状态，退出堵塞代码。
class MyThread extends Thread {
volatile boolean stop = false;
public void run() {
while (!stop) {
System.out.println(getName() + " is running");
try {
sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("week up from blcok...");
stop = true; // 在异常处理代码中修改共享变量的状态
}
}
System.out.println(getName() + " is exiting...");
}
}
class InterruptThreadDemo3 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
MyThread m1 = new MyThread();
System.out.println("Starting thread...");
m1.start();
Thread.sleep(3000);
System.out.println("Interrupt thread...: " + m1.getName());
m1.stop = true; // 设置共享变量为true
m1.interrupt(); // 阻塞时退出阻塞状态
Thread.sleep(3000); // 主线程休眠3秒以便观察线程m1的中断情况
System.out.println("Stopping application...");
}
}
注意：在Thread类中有两个方法可以判断线程是否通过interrupt方法被终止。一个是静态的方法interrupted（），一个是非静态的方法isInterrupted（），这两个方法的区别是interrupted用来判断当前线是否被中断，而isInterrupted可以用来判断其他线程是否被中断。
Please call me JiangYouDang!
11. Java中notify 和 notifyAll有什么区别？
notify可能会导致死锁，而notifyAll则不会
任何时候只有一个线程可以获得锁，也就是说只有一个线程可以运行synchronized 中的代码
使用notifyall,可以唤醒
所有处于wait状态的线程，使其重新进入锁的争夺队列中，而notify只能唤醒一个。
wait() 应配合while循环使用，不应使用if，务必在wait()调用前后都检查条件，如果不满足，必须调用notify()唤醒另外的线程来处理，自己继续wait()直至条件满足再往下执行。
notify() 是对notifyAll()的一个优化，但它有很精确的应用场景，并且要求正确使用。不然可能导致死锁。正确的场景应该是 WaitSet中等待的是相同的条件，唤醒任一个都能正确处理接下来的事项，如果唤醒的线程无法正确处理，务必确保继续notify()下一个线程，并且自身需要重新回到WaitSet中.
12. 为什么wait, notify 和 notifyAll这些方法不在thread类里面？
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。
13. 为什么wait和notify方法要在同步块中调用？
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只有在调用线程拥有某个对象的独占锁时，才能够调用该对象的wait(),notify()和notifyAll()方法。
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如果你不这么做，你的代码会抛出IllegalMonitorStateException异常。
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还有一个原因是为了避免wait和notify之间产生竞态条件。
wait()方法强制当前线程释放对象锁。这意味着在调用某对象的wait()方法之前，当前线程必须已经获得该对象的锁。因此，线程必须在某个对象的同步方法或同步代码块中才能调用该对象的wait()方法。
在调用对象的notify()和notifyAll()方法之前，调用线程必须已经得到该对象的锁。因此，必须在某个对象的同步方法或同步代码块中才能调用该对象的notify()或notifyAll()方法。
调用wait()方法的原因通常是，调用线程希望某个特殊的状态(或变量)被设置之后再继续执行。调用notify()或notifyAll()方法的原因通常是，调用线程希望告诉其他等待中的线程:"特殊状态已经被设置"。这个状态作为线程间通信的通道，它必须是一个可变的共享状态(或变量)。
14. 为什么你应该在循环中检查等待(wait)条件?
处于等待状态的线程可能会收到错误警报和伪唤醒，如果不在循环中检查等待条件，程序就会在没有满足结束条件的情况下退出。因此，当一个等待线程醒来时，不能认为它原来的等待状态仍然是有效的，在notify()方法调用之后和等待线程醒来之前这段时间它可能会改变。
1、一般来说，wait肯定是在某个条件调用的，不是if就是while
2、放在while里面，是防止出于waiting的对象被别的原因调用了唤醒方法，但是while里面的条件并没有满足（也可能当时满足了，但是由于别的线程操作后，又不满足了），就需要再次调用wait将其挂起。
3、其实还有一点，就是while最好也被同步，这样不会导致错失信号。
15. Java多线程中调用wait() 和 sleep()方法有什么不同？
java程序中wait 和 sleep都会造成某种形式的暂停，它们可以满足不同的需要。wait()方法用于线程间通信，如果等待条件为真且其它线程被唤醒时它会释放锁，而sleep()方法仅仅释放CPU资源或者让当前线程停止执行一段时间，但不会释放锁。
16. 什么是ThreadLocal变量？
ThreadLocal是Java里一种特殊的变量。每个线程都有一个ThreadLocal就是每个线程都拥有了自己独立的一个变量，竞争条件被彻底消除了。它是为创建代价高昂的对象获取线程安全的好方法，比如你可以用ThreadLocal让SimpleDateFormat变成线程安全的，因为那个类创建代价高昂且每次调用都需要创建不同的实例所以不值得在局部范围使用它，如果为每个线程提供一个自己独有的变量拷贝，将大大提高效率。首先，通过复用减少了代价高昂的对象的创建个数。其次，你在没有使用高代价的同步或者不变性的情况下获得了线程安全。
private static final ThreadLocal<DateFormat> df = new ThreadLocal<DateFormat>() {
@ Override
protected DateFormat initialValue() {
return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
}
};
ThreadLocal 无法解决共享对象的更新问题, ThreadLocal 对象建议使用 static
修饰。这个变量是针对一个线程内所有操作共享的,所以设置为静态变量,所有此类实例共享
此静态变量 ,也就是说在类第一次被使用时装载,只分配一块存储空间,所有此类的对象 ( 只
要是这个线程内定义的 ) 都可以操控这个变量。
17. 什么是FutureTask？
在Java并发程序中FutureTask表示一个可以取消的异步运算。它有启动和取消运算、查询运算是否完成和取回运算结果等方法。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也是调用了Runnable接口所以它可以提交给Executor来执行。
18. 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。而非静态方法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。
19. Java中synchronized 和 ReentrantLock 有什么不同？
相似点：
这两种同步方式有很多相似之处，它们都是加锁方式同步，而且都是阻塞式的同步，也就是说当如果一个线程获得了对象锁，进入了同步块，其他访问该同步块的线程都必须阻塞在同步块外面等待，而进行线程阻塞和唤醒的代价是比较高的.
区别：
这两种方式最大区别就是对于Synchronized来说，它是java语言的关键字，是原生语法层面的互斥，需要jvm实现。而ReentrantLock它是JDK 1.5之后提供的API层面的互斥锁，需要lock()和unlock()方法配合try/finally语句块来完成。
Synchronized进过编译，会在同步块的前后分别形成monitorenter和monitorexit这个两个字节码指令。在执行monitorenter指令时，首先要尝试获取对象锁。如果这个对象没被锁定，或者当前线程已经拥有了那个对象锁，把锁的计算器加1，相应的，在执行monitorexit指令时会将锁计算器就减1，当计算器为0时，锁就被释放了。如果获取对象锁失败，那当前线程就要阻塞，直到对象锁被另一个线程释放为止。
由于ReentrantLock是java.util.concurrent包下提供的一套互斥锁，相比Synchronized，ReentrantLock类提供了一些高级功能，主要有以下3项：
1.等待可中断，持有锁的线程长期不释放的时候，正在等待的线程可以选择放弃等待，这相当于Synchronized来说可以避免出现死锁的情况。
2.公平锁，多个线程等待同一个锁时，必须按照申请锁的时间顺序获得锁，Synchronized锁非公平锁，ReentrantLock默认的构造函数是创建的非公平锁，可以通过参数true设为公平锁，但公平锁表现的性能不是很好。
3.锁绑定多个条件，一个ReentrantLock对象可以同时绑定对个对象。
20. 有三个线程T1,T2,T3,下面方法可以确保它们按顺序执行的有
在多线程中有多种方法让线程按特定顺序执行，你可以用线程类的join()方法在一个线程中启动另一个线程，另外一个线程完成该线程继续执行。为了确保三个线程的顺序你应该先启动最后一个(T3调用T2，T2调用T1)，这样T1就会先完成而T3最后完成。
实际上先启动三个线程中哪一个都行，
因为在每个线程的run方法中用join方法限定了三个线程的执行顺序。
21. 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。
22. Java中Semaphore是什么？
Java中的Semaphore是一种新的同步类，它是一个计数信号。从概念上讲，从概念上讲，信号量维护了一个许可集合。如有必要，在许可可用前会阻塞每一个 acquire()，然后再获取该许可。每个 release()添加一个许可，从而可能释放一个正在阻塞的获取者。但是，不使用实际的许可对象，Semaphore只对可用许可的号码进行计数，并采取相应的行动。信号量常常用于多线程的代码中，比如数据库连接池。
23. 如果你提交任务时，线程池队列已满。会时发会生什么?
事实上如果一个任务不能被调度执行那么ThreadPoolExecutor’s submit()方法将会抛出一个RejectedExecutionException异常。
24. Java线程池中submit() 和 execute()方法有什么区别？
两个方法都可以向线程池提交任务，execute()方法的返回类型是void，它定义在Executor接口中, 而submit()方法可以返回持有计算结果的Future对象，它定义在ExecutorService接口中，它扩展了Executor接口，其它线程池类像ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor都有这些方法。
25. 如何在Java中创建Immutable对象？
可是Java没有@Immutable这个注解符，要创建不可变类，要实现下面几个步骤：通过构造方法初始化所有成员、对变量不要提供setter方法、将所有的成员声明为私有的，这样就不允许直接访问这些成员、在getter方法中，不要直接返回对象本身，而是克隆对象，并返回对象的拷贝。
