Java經(jīng)典面試題

　　不管你是新程序員還是老手，你一定在面試中遇到過有關(guān)線程的問題。Java 語言一個重要的特點就是內(nèi)置了對并發(fā)的支持，讓 Java 大受企業(yè)和程序員的歡迎。大多數(shù)待遇豐厚的 Java 開發(fā)職位都要求開發(fā)者精通多線程技術(shù)并且有豐富的 Java 程序開發(fā)、調(diào)試、優(yōu)化經(jīng)驗，所以線程相關(guān)的問題在面試中經(jīng)常會被提到。

　　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(chuàng)建線程，用什么方式創(chuàng)建線程比較好(比如：繼承 thread 類還是調(diào)用 Runnable 接口)，然后逐漸問到并發(fā)問題像在 Java 并發(fā)編程的過程中遇到了什么挑戰(zhàn)，Java 內(nèi)存模型，JDK1.5 引入了哪些更高階的并發(fā)工具，并發(fā)編程常用的設(shè)計模式，經(jīng)典多線程問題如生產(chǎn)者消費者，哲學(xué)家就餐，讀寫器或者簡單的有界緩沖區(qū)問題。僅僅知道線程的基本概念是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的， 你必須知道如何處理死鎖，競態(tài)條件，內(nèi)存沖突和線程安全等并發(fā)問題。掌握了這些技巧，你就可以輕松應(yīng)對多線程和并發(fā)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(xí)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(fā)相關(guān)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(shù)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。你也可以在這找到一些答案 Java 線程問答 Top 12。

　　50 道 Java 線程面試題

　　下面是 Java 線程相關(guān)的熱門面試題，你可以用它來好好準(zhǔn)備面試

　　1) 什么是線程?

　　線程是操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行運算調(diào)度的最小單位，它被包含在進(jìn)程之中，是進(jìn)程中的實際運作單位。程序員可以通過它進(jìn)行多處理器編程，你可以使用多線程對運算密集型任務(wù)提速。比如，如果一個線程完成一個任務(wù)要 100 毫秒，那么用十個線程完成改任務(wù)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。欲了解更多詳細(xì)信息請點擊這里。

　　2) 線程和進(jìn)程有什么區(qū)別?

　　線程是進(jìn)程的子集，一個進(jìn)程可以有很多線程，每條線程并行執(zhí)行不同的任務(wù)。不同的進(jìn)程使用不同的內(nèi)存空間，而所有的線程共享一片相同的內(nèi)存空間。別把它和棧內(nèi)存搞混，每個線程都擁有單獨的棧內(nèi)存用來存儲本地數(shù)據(jù)。更多詳細(xì)信息請點擊這里。

　　3) 如何在 Java 中實現(xiàn)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(diào)用 java.lang.Runnable 接口來執(zhí)行，由于線程類本身就是調(diào)用的 Runnable 接口所以你可以繼承 java.lang.Thread 類或者直接調(diào)用 Runnable 接口來重寫 run ()方法實現(xiàn)線程。更多詳細(xì)信息請點擊這里.

　　4) 用 Runnable 還是 Thread?

　　這個問題是上題的后續(xù)，大家都知道我們可以通過繼承 Thread 類或者調(diào)用 Runnable 接口來實現(xiàn)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(diào)用多個接口。所以如果你要繼承其他類，當(dāng)然是調(diào)用 Runnable 接口好了。更多詳細(xì)信息請點擊這里。

　　6) Thread 類中的 start () 和 run () 方法有什么區(qū)別?

　　這個問題經(jīng)常被問到，但還是能從此區(qū)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(chuàng)建的線程，而且 start ()內(nèi)部調(diào)用了 run ()方法，這和直接調(diào)用 run ()方法的效果不一樣。當(dāng)你調(diào)用 run ()方法的時候，只會是在原來的線程中調(diào)用，沒有新的線程啟動，start ()方法才會啟動新線程。更多討論請點擊這里

　　7) 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(zhí)行的任務(wù)。Runnable 從 JDK1.0 開始就有了，Callable 是在 JDK1.5 增加的。它們的主要區(qū)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(jié)果的 Future 對象。我的博客有更詳細(xì)的說明。

　　8) 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。點此查看更多信息和示例代碼。

　　9) Java 內(nèi)存模型是什么?

　　Java 內(nèi)存模型規(guī)定和指引 Java 程序在不同的內(nèi)存架構(gòu)、CPU 和操作系統(tǒng)間有確定性地行為。它在多線程的情況下尤其重要。Java 內(nèi)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(fā)生關(guān)系。這個關(guān)系定義了一些規(guī)則讓程序員在并發(fā)編程時思路更清晰。比如，先行發(fā)生關(guān)系確保了：

　　線程內(nèi)的代碼能夠按先后順序執(zhí)行，這被稱為程序次序規(guī)則。

　　對于同一個鎖，一個解鎖操作一定要發(fā)生在時間上后發(fā)生的另一個鎖定操作之前，也叫做管程鎖定規(guī)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(guī)則。

　　一個線程內(nèi)的任何操作必需在這個線程的 start ()調(diào)用之后，也叫作線程啟動規(guī)則。

　　一個線程的所有操作都會在線程終止之前，線程終止規(guī)則。

　　一個對象的終結(jié)操作必需在這個對象構(gòu)造完成之后，也叫對象終結(jié)規(guī)則。

　　可傳遞性

　　我強烈建議大家閱讀《Java 并發(fā)編程實踐》第十六章來加深對 Java 內(nèi)存模型的理解。

　　10) 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(fā)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(fā)生，就是上一題的 volatile 變量規(guī)則。點擊這里查看更多 volatile 的相關(guān)內(nèi)容。

　　11) 什么是線程安全?Vector 是一個線程安全類嗎? (詳見這里)

　　如果你的代碼所在的進(jìn)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(jié)果和單線程運行的結(jié)果是一樣的，而且其他的變量的值也和預(yù)期的是一樣的，就是線程安全的。一個線程安全的計數(shù)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(xiàn)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(xiàn)線程安全的， 而和它相似的 ArrayList 不是線程安全的。

　　12) Java 中什么是競態(tài)條件? 舉個例子說明。

　　競態(tài)條件會導(dǎo)致程序在并發(fā)情況下出現(xiàn)一些 bugs。多線程對一些資源的競爭的時候就會產(chǎn)生競態(tài)條件，如果首先要執(zhí)行的程序競爭失敗排到后面執(zhí)行了，那么整個程序就會出現(xiàn)一些不確定的 bugs。這種 bugs 很難發(fā)現(xiàn)而且會重復(fù)出現(xiàn)，因為線程間的隨機競爭。一個例子就是無序處理，詳見答案。

　　13) 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(xù)的 JDK 版本中他們被棄用了，之后 Java API 的設(shè)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(dāng) run () 或者 call () 方法執(zhí)行完的時候線程會自動結(jié)束，如果要手動結(jié)束一個線程，你可以用 volatile 布爾變量來退出 run ()方法的循環(huán)或者是取消任務(wù)來中斷線程。點擊這里查看示例代碼。

　　14) 一個線程運行時發(fā)生異常會怎樣?

　　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(zhí)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(nèi)嵌接口。當(dāng)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(shù)傳遞給 handler 的 uncaughtException ()方法進(jìn)行處理。

　　15) 如何在兩個線程間共享數(shù)據(jù)?

　　你可以通過共享對象來實現(xiàn)這個目的，或者是使用像阻塞隊列這樣并發(fā)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。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(xiàn)了生產(chǎn)者消費者模型。

　　16) Java 中 notify 和 notifyAll 有什么區(qū)別?

　　這又是一個刁鉆的問題，因為多線程可以等待單監(jiān)控鎖，Java API 的設(shè)計人員提供了一些方法當(dāng)?shù)却龡l件改變的時候通知它們，但是這些方法沒有完全實現(xiàn)。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(xù)運行。我的博客有更詳細(xì)的資料和示例代碼。

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

　　這是個設(shè)計相關(guān)的問題，它考察的是面試者對現(xiàn)有系統(tǒng)和一些普遍存在但看起來不合理的事物的看法�；卮疬@些問題的時候，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(diào)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。你也可以查看這篇文章了解更多。

　　18) 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(chuàng)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(chuàng)建代價高昂且每次調(diào)用都需要創(chuàng)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(fù)用減少了代價高昂的對象的創(chuàng)建個數(shù)。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(huán)境中減少了創(chuàng)建代價高昂的 Random 對象的個數(shù)。查看答案了解更多。

　　19) 什么是 FutureTask?

　　在 Java 并發(fā)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(jié)果等方法。只有當(dāng)運算完成的時候結(jié)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(diào)用了 Callable 和 Runnable 的對象進(jìn)行包裝，由于 FutureTask 也是調(diào)用了 Runnable 接口所以它可以提交給 Executor 來執(zhí)行。

　　20) Java 中 interrupted 和 isInterruptedd 方法的區(qū)別?

　　interrupted () 和 isInterrupted ()的主要區(qū)別是前者會將中斷狀態(tài)清除而后者不會。Java 多線程的中斷機制是用內(nèi)部標(biāo)識來實現(xiàn)的，調(diào)用Thread.interrupt ()來中斷一個線程就會設(shè)置中斷標(biāo)識為 true。當(dāng)中斷線程調(diào)用靜態(tài)方法Thread.interrupted ()來檢查中斷狀態(tài)時，中斷狀態(tài)會被清零。而非靜態(tài)方法 isInterrupted ()用來查詢其它線程的中斷狀態(tài)且不會改變中斷狀態(tài)標(biāo)識。簡單的說就是任何拋出 InterruptedException 異常的方法都會將中斷狀態(tài)清零。無論如何，一個線程的中斷狀態(tài)有有可能被其它線程調(diào)用中斷來改變。

　　21) 為什么 wait 和 notify 方法要在同步塊中調(diào)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。還有一個原因是為了避免 wait 和 notify 之間產(chǎn)生競態(tài)條件。

　　22) 為什么你應(yīng)該在循環(huán)中檢查等待條件?

　　處于等待狀態(tài)的線程可能會收到錯誤警報和偽喚醒，如果不在循環(huán)中檢查等待條件，程序就會在沒有滿足結(jié)束條件的情況下退出。因此，當(dāng)一個等待線程醒來時，不能認(rèn)為它原來的等待狀態(tài)仍然是有效的，在 notify ()方法調(diào)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(huán)中使用 wait ()方法效果更好的原因，你可以在 Eclipse 中創(chuàng)建模板調(diào)用 wait 和 notify 試一試。如果你想了解更多關(guān)于這個問題的內(nèi)容，我推薦你閱讀《Effective Java》這本書中的線程和同步章節(jié)。

　　23) Java 中的同步集合與并發(fā)集合有什么區(qū)別?

　　同步集合與并發(fā)集合都為多線程和并發(fā)提供了合適的線程安全的集合，不過并發(fā)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(fā)的時候會導(dǎo)致爭用，阻礙了系統(tǒng)的擴展性。Java5 介紹了并發(fā)集合像 ConcurrentHashMap，不僅提供線程安全還用鎖分離和內(nèi)部分區(qū)等現(xiàn)代技術(shù)提高了可擴展性。更多內(nèi)容詳見答案。

　　24) 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(fā)面試題里?因為棧是一塊和線程緊密相關(guān)的內(nèi)存區(qū)域。每個線程都有自己的棧內(nèi)存，用于存儲本地變量，方法參數(shù)和棧調(diào)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(nèi)存區(qū)域。對象都在堆里創(chuàng)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(fā)問題，這時 volatile 變量就可以發(fā)揮作用了，它要求線程從主存中讀取變量的值。

　　更多內(nèi)容詳見答案。

　　25) 什么是線程池? 為什么要使用它?

　　創(chuàng)建線程要花費昂貴的資源和時間，如果任務(wù)來了才創(chuàng)建線程那么響應(yīng)時間會變長，而且一個進(jìn)程能創(chuàng)建的線程數(shù)有限。為了避免這些問題，在程序啟動的時候就創(chuàng)建若干線程來響應(yīng)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(chuàng)建不同的線程池。比如單線程池，每次處理一個任務(wù);數(shù)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(wù)的程序的可擴展線程池)。更多內(nèi)容詳見這篇文章。

　　26) 如何寫代碼來解決生產(chǎn)者消費者問題?

　　在現(xiàn)實中你解決的許多線程問題都屬于生產(chǎn)者消費者模型，就是一個線程生產(chǎn)任務(wù)供其它線程進(jìn)行消費，你必須知道怎么進(jìn)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(xiàn)生產(chǎn)者消費者模型，這篇教程有實現(xiàn)它。

　　27) 如何避免死鎖?

　　Java 多線程中的死鎖

　　死鎖是指兩個或兩個以上的進(jìn)程在執(zhí)行過程中，因爭奪資源而造成的一種互相等待的現(xiàn)象，若無外力作用，它們都將無法推進(jìn)下去。這是一個嚴(yán)重的問題，因為死鎖會讓你的程序掛起無法完成任務(wù)，死鎖的發(fā)生必須滿足以下四個條件：

　　互斥條件：一個資源每次只能被一個進(jìn)程使用。

　　請求與保持條件：一個進(jìn)程因請求資源而阻塞時，對已獲得的資源保持不放。

　　不剝奪條件：進(jìn)程已獲得的資源，在末使用完之前，不能強行剝奪。

　　循環(huán)等待條件：若干進(jìn)程之間形成一種頭尾相接的循環(huán)等待資源關(guān)系。

　　避免死鎖最簡單的方法就是阻止循環(huán)等待條件，將系統(tǒng)中所有的資源設(shè)置標(biāo)志位、排序，規(guī)定所有的進(jìn)程申請資源必須以一定的順序(升序或降序)做操作來避免死鎖。這篇教程有代碼示例和避免死鎖的討論細(xì)節(jié)。

　　28) Java 中活鎖和死鎖有什么區(qū)別?

　　這是上題的擴展，活鎖和死鎖類似，不同之處在于處于活鎖的線程或進(jìn)程的狀態(tài)是不斷改變的，活鎖可以認(rèn)為是一種特殊的饑餓。一個現(xiàn)實的活鎖例子是兩個人在狹小的走廊碰到，兩個人都試著避讓對方好讓彼此通過，但是因為避讓的方向都一樣導(dǎo)致最后誰都不能通過走廊。簡單的說就是，活鎖和死鎖的主要區(qū)別是前者進(jìn)程的狀態(tài)可以改變但是卻不能繼續(xù)執(zhí)行。

　　29) 怎么檢測一個線程是否擁有鎖?

　　我一直不知道我們竟然可以檢測一個線程是否擁有鎖，直到我參加了一次電話面試。在 java.lang.Thread 中有一個方法叫 holdsLock ()，它返回 true 如果當(dāng)且僅當(dāng)當(dāng)前線程擁有某個具體對象的鎖。你可以查看這篇文章了解更多。

　　30) 你如何在 Java 中獲取線程堆棧?

　　對于不同的操作系統(tǒng)，有多種方法來獲得 Java 進(jìn)程的線程堆棧。當(dāng)你獲取線程堆棧時，JVM 會把所有線程的狀態(tài)存到日志文件或者輸出到控制臺。在 Windows 你可以使用 Ctrl + Break 組合鍵來獲取線程堆棧，Linux 下用 kill -3 命令。你也可以用 jstack 這個工具來獲取，它對線程 id 進(jìn)行操作，你可以用 jps 這個工具找到 id。

　　31) JVM 中哪個參數(shù)是用來控制線程的棧堆棧小的

　　這個問題很簡單， -Xss 參數(shù)用來控制線程的堆棧大小。你可以查看 JVM 配置列表來了解這個參數(shù)的更多信息。

　　32) Java 中 synchronized 和 ReentrantLock 有什么不同?

　　Java 在過去很長一段時間只能通過 synchronized 關(guān)鍵字來實現(xiàn)互斥，它有一些缺點。比如你不能擴展鎖之外的方法或者塊邊界，嘗試獲取鎖時不能中途取消等。Java 5 通過 Lock 接口提供了更復(fù)雜的控制來解決這些問題。 ReentrantLock 類實現(xiàn)了 Lock，它擁有與 synchronized 相同的并發(fā)性和內(nèi)存語義且它還具有可擴展性。你可以查看這篇文章了解更多

　　33) 有三個線程 T1，T2，T3，怎么確保它們按順序執(zhí)行?

　　在多線程中有多種方法讓線程按特定順序執(zhí)行，你可以用線程類的 join ()方法在一個線程中啟動另一個線程，另外一個線程完成該線程繼續(xù)執(zhí)行。為了確保三個線程的順序你應(yīng)該先啟動最后一個(T3 調(diào)用 T2，T2 調(diào)用 T1)，這樣 T1 就會先完成而 T3 最后完成。你可以查看這篇文章了解更多。

　　34) Thread 類中的 yield 方法有什么作用?

　　Yield 方法可以暫停當(dāng)前正在執(zhí)行的線程對象，讓其它有相同優(yōu)先級的線程執(zhí)行。它是一個靜態(tài)方法而且只保證當(dāng)前線程放棄 CPU 占用而不能保證使其它線程一定能占用 CPU，執(zhí)行 yield ()的線程有可能在進(jìn)入到暫停狀態(tài)后馬上又被執(zhí)行。點擊這里查看更多 yield 方法的相關(guān)內(nèi)容。

　　35) Java 中 ConcurrentHashMap 的并發(fā)度是什么?

　　ConcurrentHashMap 把實際 map 劃分成若干部分來實現(xiàn)它的可擴展性和線程安全。這種劃分是使用并發(fā)度獲得的，它是 ConcurrentHashMap 類構(gòu)造函數(shù)的一個可選參數(shù)，默認(rèn)值為 16，這樣在多線程情況下就能避免爭用。

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