2023年最新Java高并发多线程面试题_线程池面试题资源-CSDN文库

5星 · 超过95%的资源需积分: 23 149 浏览量 2023-01-23 19:49:35 上传评论 7 收藏 41KB DOCX 举报

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2023 年最新 Java 高并发多线程面试题

1. 什么是线程的死锁？如何避免死锁？

线程死锁是指多个线程相互等待，由于资源的竞争的结果，它们都无法进一步操作而

无法前进。死锁常常发生在两个或多个线程之间相互等待某种资源，但却没有一方可

以满足其他线程要求，从而导致所有线程都被阻塞。

如何避免死锁：

1. 所有资源都要求加锁，但要遵循同一加锁原则，即先按顺序获取资源，最后再放弃

资源。

2. 监控系统中的死锁，适时地释放一些资源或重新安排线程，以避免死锁的发生。

3. 提高资源使用的效率，避免资源的浪费。

2. Java 中的线程同步机制有哪些？

Java 中的线程同步机制包括：

- synchronized 关键字：它是 Java 中最基本的同步机制，用它可以构造同步代码块

，以确保每次只有一个线程可以执行某个特定代码段。

- Lock/Condition 类：这些是实现复杂同步逻辑的有力工具，可以进行细粒度的控制

，它们支持 Lock 对象和 Condition 变量。

- Java 5 中的原子类：这些类有助于创建原子化的同步，无需担心性能问题，因为它

们是由原子或操作系统提供的，因此性能会很高。

- java.util.concurrent 包：它为改善现代多处理器系统上的并发性提供高级功能。

它包括执行器，通道，Fork/Join 框架，并发集合，锁和无锁集合等。

3. 如何在 Java 中使用线程池？

使用线程池可以提高程序性能，尤其是在计算密集型程序中。

1. 创建一个线程池—创建一个 ThreadPoolExecutor 实例： ExecutorService

executorService = Executors.newFixedThreadPool(int nThreads);

2. 执行任务 —使用 execute() 方法把一个 Runnable 实例提交到线程池中：

executorService.execute(Runnable task);

3. 关闭线程池 —使用 shutdown() 方法关闭线程池：

executorService.shutdown();

4. 如何使用 Java 的并发集合？

Java 的并发集合由 java.util.concurrent 包提供，这个包中包含了一些新的容器和

类来提供一个简单并发操作的支持。

首先介绍的是 ConcurrentHashMap，它是一个线程安全的 HashMap 的实现，但是它有

着比普通的 HashMap 更好的性能，并且支持并发的读写操作，因此在多个线程同时访

问的场合，它更适合用来作为 Map 实现。

其次是 CopyOnWriteArrayList ，它是一个线程安全的数组实现，但是与普通的

ArrayList 不同的是，它的写操作是通过复制的方式实现的，因此在并发操作的情况

下，读操作基本不会阻塞，当多个线程读取数据时，性能得到保证。

最后，还有类似于 CopyOnWriteArrayList 的 CopyOnWriteArraySet，它也是一个线

程安全的集合，但是由于不需要考虑重复元素，因此它比 CopyOnWriteArrayList 更

快。

5. 请解释 Java 中的 volatile 关键字。

Volatile 关键字修饰的变量是告诉线程在读或写该变量时，要遵循两条规则：

1. 对变量的读写都必须是原子操作（Atomic Operation）。 2. 当一个线程对变

量进行写入操作时，其他线程对该变量的读取操作都必须立即获得最新的值。

6. 什么是 Java 中的 CountDownLatch？它有什么用处？

Java 的 CountDownLatch 是一种同步工具。它允许一个或多个线程等待其他线程完成

操作。这种情况通常发生在多个线程之间相互协调或等待完成共同任务的情况下。

CountDownLatch 可以用来解决启动运行线程之前等待其他线程完成某个任务的问题，

可以解决属性上一个任务并行执行多个任务的问题。

7. 什么是 Java 中的 Semaphore？它有什么用处？

Semaphore 是 Java 中用于控制访问共享资源（线程）的一种信号量。它使用一个许可

证来代表访问完成的多线程。一个 Semaphore 保护数据，使得在一个时间点，只有一

个线程可以进行资源的访问。这种机制使得多个调用线程之间形成一种并发控制。借

助 Semaphore，应用程序可以限制在任何给定时间段内可以并发执行访问资源的线程

数。

8. 什么是 Java 中的 Phaser？它有什么用处？

Phaser 是 Java 7 中引入的一种同步机制，可以帮助程序员控制多线程应用程序的流

程。Phaser 可以帮助我们跟踪任务的流程，在我们运行多线程应用程序时，它可以帮

助程序员阻塞流程，并确保每个任务只有在之前的任务完成后才可以运行。它还允许

程序员以一种更安全的方式组织有关多线程应用程序的信息。

9. 什么是 Java 中的 Fork/Join 框架？它有什么用处？

Java 中的 Fork/Join 框架是 Java 7 中引入的用于实现多线程和并行执行任务的一种

框架。它可以帮助程序员更简单地实现多线程任务，使程序可以在多核处理器上执行

更有效率的更大任务。Fork/Join 框架使用主要是为了解决计算和 I/O 密集型的任务

，并且它比传统的线程池框架更高效。Fork/Join 框架可以将一个大任务划分为若干

小任务，然后分发给多个线程去执行，以减小耗时。最后，线程执行完成任务之后，

结果将被汇总到主线程中，继而得到最终结果。

10. 请解释 Java 中的 AQS(AbstractQueuedSynchronizer)如何工作。

AbstractQueuedSynchronizer（AQS）是 Java 中的一种重要的同步框架，可用于建立

同步装置和锁。AQS 提供了一组共享变量，并使用一组原子操作和 FIFO 等待队列，

来实现锁和其他同步装置。

AQS 中有一个原子量 state，用于存储整个系统中每个锁对象的状态，单一状态通常

由整型表示，也可以是多种锁对象的组合。

AQS 还允许线程进行阻塞和唤醒：在线程试图获取锁失败时，AQS 将该线程放入到一

个 FIFO 双端队列；当另一个线程释放了锁时，它会唤醒从队列中取出下一个线程，

并且尝试使用 CAS 原子操作来更改该状态属性，来完成锁的获取。

总的来说，AQS 是一种基于状态转换，基于 CAS 原子操作和 FIFO 等待队列实现同步

机制的框架。

11. 什么是 Java 中的 ReentrantLock？它有什么优缺点？

ReentrantLock 是 Java 中用于控制多线程对公共资源访问的锁。

优点：

1. ReentrantLock 支持公平锁与非公平锁。默认情况下，当许多线程一起抢夺锁的时

候，ReentrantLock 将按照先来先得的原则给予锁。但是，也可以将 ReentrantLock

设置成非公平锁，这样，多个线程就不能再按先来先得原则争抢锁了，将较大程度地

提高效率。

2. 可以让一个线程在获取了锁之后，再次获取锁。这就叫做可重入锁。

3. ReentrantLock 支持 Condition 对象，可以让多个线程做到等待/唤醒机制，实现

精确的线程通信；

4. ReentrantLock 支持等待可中断，用 Thread.interrupt()去中断等待锁的线程。

缺点：

1. ReentrantLock 使用不当可能造成死锁。

2. ReentrantLock 也没有一些锁升级机制，例如 ReadWriteLock 可以将普通锁升级为

读写锁。

12. 什么是 Java 中的 ReentrantReadWriteLock？它有什么用处？

ReentrantReadWriteLock 是 Java 可重入的读写锁，针对不同的读写情况使用不同的

锁，以提高系统的并发性能。当一个线程获取锁，其余请求锁的其他线程可以并发地

读取资源，而不阻塞。但是，只有一个线程能写入资源，在写入期间，其他线程将被

阻塞。这种读写锁有助于减少数据竞争和死锁，使 Java 系统更安全，更稳定。

13. 请解释 Java 中的 Atomic 包中的原子变量的工作原理。

Atomic 包是 Java 中构建多线程应用程序的一种重要形势。Atomic 包中的原子变量使

用“CAS/compare and swap”原语来保证线程在共享变量上进行安全操作。CAS 机制

就是线程将想要更新的变量值（可能是操作系统通过多线程编程持有的缓存值）作为

参数传递给原子变量，如果参数与变量的实际值相等，则更新成功，否则失败！这种

方式是线程安全的，因为它只关心变量当前的值，而不会关心线程操作前后发生了什

么。

14. 如何使用 Java 中的 Future 和 Callable 实现异步任务？

Java 中使用 Future 和 Callable 来实现异步任务可以有效提升应用程序性能，减少堵

塞耗费的时间。Future 和 Callable 的结合可以实现异步任务，Future 表示异步计算

的结果，Callable 表示要执行的任务。

使用步骤：

1. 创建一个实现 Callable 接口的类，在实现的 call()方法内编写需要执行的任务的

代码；

2. 使用线程池 Executors.newFixedThreadPool()来创建一个线程池，将刚才创建的

Callable 实现类传入创建好的线程池，调用 submit()方法；

3. 拿到返回值 Future<?>；

4. 调用 Future.get()获取返回值；

5. 调用 shutdown()方法关闭线程池。

15. 什么是 Java 中的 ScheduledThreadPoolExecutor 类？它有什么用处？

ScheduledThreadPoolExecutor 是 Java 中一个线程池类，用于为定时任务或周期性任

务提供便利。它可以执行各种类型的任务，例如定时任务、延迟任务、周期任务等。

ScheduledThreadPoolExecutor 类可以让我们简单地控制程序代码在某个特定时间运

行，如果我们想安排一个任务在特定的时间启动，并调度其他定时任务来重复运行，

这个类就很有用。它还可以用来管理任务的持续时间，保持线程池的稳定，以免线程

池变得过于庞大。

16. 请解释 Java 中的 ThreadLocal 变量的工作原理。

ThreadLocal 变量是一种特殊的变量，它是线程局部的，即每一个使用该变量的线程

只能看到拥有独立副本的变量。每个线程都可以通过 ThreadLocal 变量读写自己的变

量副本，而不影响其它线程对应的拷贝。ThreadLocal 可能对变量的读取速度进行了

优化，因为它在某个线程的内存中，而不用在堆中进行访问，从而避免了多个线程在

访问这些变量时的冲突。

17. 如何使用 Java 的 BlockingQueue 实现生产者-消费者模型？

使用 BlockingQueue 来实现 Java 中的生产者-消费者模型的步骤如下：

1. 创建一个 BlockingQueue.

2. 创建生产者线程，在其中实现两种方法：put()和 take()。

3. 创建消费者线程，在其中实现两种方法：pull()和 take()。

4. 将生产者线程中的 put()功能用来从 BlockingQueue 中放入元素，消费者线程中的

pull()方法从 BlockingQueue 中取出元素。

5. 通过调用线程的 start()方法来启动线程。

6. 通过调用 join()方法来等待线程结束。

18. 什么是 Java 中的 ConcurrentHashMap？它有什么优缺点？

ConcurrentHashMap 是在 Java 中的一个实现 ConcurrentMap 接口的哈希映射。它有多

种形式的锁，可以用来同步最佳性能。ConcurrentHashMap 可以实现高效的并发访问

，而且返回的读操作不受锁的影响，从而提高了吞吐量。

优点：

1. 不需要额外的锁来实现同步，可以提高多线程吞吐量； 2. 当一个线程访问该映射

表时，其他线程不会被因写操作而阻塞； 3. 高效的读取和更新操作； 4. 能够并发

操作，读写都很快。

缺点：

1. 支持有限的线程数，超出这个线程数量就会导致性能下降； 2. 对写操作进行了较

多的限制，可能会影响性能； 3. 可能会因为 Map 本身的定义而产生缺陷。

19. 请解释 Java 中的 CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet 的工

作原理。

CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet 是一种专门为多线程应用程序开发的

一种线程安全的集合，它采用写时复制（Copy-On-Write）的机制来确保在多线程并发

访问情景下仍然能够正确的取得正确结果。写时复制就是当一个线程要求进行写操作

（add or remove）时，该集合会复制一份当前集合，并交由该线程对新集合进行修改

操作，然后再将新集合返回给多线程环境，这样其他线程取得的总是一个最新的、不

受其他线程影响的集合，它们是不可变的，保证了线程安全。

20. 什么是 Java 中的 CyclicBarrier？它有什么用处？

Java 中的 CyclicBarrier 是用来帮助多线程应用程序中的线程之间同步的一种工具。

它允许一组线程在某个集合点处全部同时达到，也就是说，CyclicBarrier 可以做到

它使多个线程在同一时间点等待，直到收到所有线程都到达同步点的信号才继续运行

。它的主要用途是用来处理多个线程之间的依赖关系，协调不同线程之间的活动。

21. 什么是 Java 中的 ExecutorService？它有什么用处？

ExecutorService 是 Java 中的一个接口,它提供了一种方式来执行异步任务。它提供

了一个简单的框架,可以帮助用户执行一组任务。它可以提供新的任务,保存完成的任

务,取消活动任务,和关闭 ExecutorService。其使用者可以通过接口提供不同实现方

面，比如 ThreadPoolExecutor,ScheduledThreadPoolExecutor,ForkJoinPool 等来实

现 ExecutorService 接口,从而实现多种功能。它的最大用途在于,可以将要执行的任

务放入一个缓存队列,再提交给 ExecutorService 来执行任务,从而实现多任务的异步

处理。此外,ExecutorService 还可以提供 Thread Factory 实现来创建新的线程,和

RejectedExecutionHandler 来设定拒绝策略,从而更好的控制并发量。

22. 请解释 Java 中的 ForkJoinTask 类的工作原理。

ForkJoinTask 类是 Java 中实现 Fork/Join 并行编程模型的关键类。它提供了一种有

效的使用少量线程完成大量任务的方式，从而提高程序的性能。简而言之，

ForkJoinTask 类的原理就是将大任务分割成小任务，由少数线程执行这些小任务，对

执行结果汇总获得最终结果。ForkJoinTask 类提供了 fork()和 join()方法来实现这

一点，主线程通过调用 fork()方法将大任务分解成子任务，由少数线程并行任务，子

任务的执行结果由主线程的 join()方法收集。通过 ForkJoinTask 类实现的 Fork/Join

模型，可以大大提高程序机器程序的执行效率。

23. 如何使用 Java 的 LockSupport 类实现线程阻塞和唤醒？

LockSupport 是一个用来实现线程阻塞和唤醒的工具类，他提供了一个 park()方法来

使当前线程阻塞，以及一个 unpark(Thread thread) 来唤醒指定线程。使用

LockSupport 完成线程阻塞和唤醒可以分为以下步骤：

1.声明并初始化一个 Thread 对象，用来存储将要阻塞和唤醒的线程；

2.使用 LockSupport.park(Thread thread)阻塞线程，thread 参数是上一步初始化的

Thread 对象；

3.当需要唤醒该线程时，使用 LockSupport.unpark(Thread thread)唤醒该线程，

thread 参数也是上一步初始化的 Thread 对象；

4.释放 Thread 对象，结束线程的阻塞和唤醒。

24. 什么是 Java 中的 Phaser 类？它有什么用处？

Phaser 类是 Java 1.7 版本中新增的一种控制并发任务的超级计数锁定器，类似于

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内容反馈

yxldr

2023-06-11

总的来说，这份Java多线程面试题是一份非常有用的资源，值得推荐给各位Java开发者。
甜甜不加糖

2023-06-11

这份面试题集合非常全面，不仅涉及到常见的多线程问题，也包含了各种复杂的并发场景，非常值得一看。
吉利吉利

2023-06-11

对于想要深入了解Java多线程的开发人员而言，这份面试题肯定是一份非常好的资源。
月小烟

2023-06-11

考虑到多线程问题在现代开发中越来越重要，这份面试题是非常具有参考价值的。
精准小天使

2023-06-11

面试题的难度比较均衡，不会过于简单，也不会过于复杂，很适合用来考察求职者的能力。

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宋小黑

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