Top 50 Java 线程并发的面试问题

问题1 什么是executor框架

Executor and ExecutorService用于以下场景：
- 创建线程
- 启动线程
- 管理整个线程的生命周期
Executor创建线程池并管理线程池中线程的生命周期，在executor框架中，Executor接口和ExecutorService接口被频繁使用。Executor接口定义了execute()方法用于执行命令。ExecutorService接口继承Executor。

Executor提供了管理终止或产生Future追踪过程或异步任务的方法，更多内容请阅读Executor and ExecutorService framework in java。

问题2 executor框架中execute()和submit()的区别

execute()方法	submit()方法
execute()方法定义在Executor接口中	submit()方法定义在ExecutorService接口中
用于执行runnable任务	用于执行runnable任务或callable任务，提交callable任务返回future对象，通过future.get()获取任务的结果
方法类型只有一种void execute(Runnable task)	submit方法有3种形式： <T> Future<T> submit(Callable<T> task) <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) Future<?> submit(Runnable task)

问题3 什么是Semaphore？

Semaphore通过许可控制共享资源的访问：
- 如果许可permits大于0，semaphore允许访问共享资源；
- 如果许可permits小等于0，semaphore不允许访问共享资源；
其中许可有点类似计数器，用来允许访问共享资源，为此，为了访问该资源，线程必须从semaphore那里授权许可。

Semaphore有两个构造函数：
1. Semaphore(int permits)：permits是初始的可用许可，这个值有可能是负值，表示此刻等待获取共享资源的线程数。如果permits=1，表示只有一个线程正在使用共享资源。
2. Semaphore(int permits, boolean fair)：设置fair，能确保等待线程按请求顺序被授权。

acquire( )方法有两种形式：
1. void acquire( ) throws InterruptedException：获取一个可用许可，并且可用许可减1。
2. void acquire(int permits) throws InterruptedException：获取permits个可用许可，同时可用许可减permits。如果permits个许可不可用，那么当前线程处于休眠状态，直到发生如下事情：
- 其他线程调用release()方法，可用许可大等于permits；
- 或者其他线程中断该线程。

release( )方法有两种形式：
1. void release( )：释放许可，并且许可加1。
2. void release(int permits)：释放permits个许可，并且可用许可增加permits个。

有关Semaphor请阅读Semaphore in java。

问题4 利用Semaphore实现生产者消费者模式

请阅读：Semaphore used for implementing Producer Consumer pattern

问题5 实现自己的Semaphore

请阅读：Implementation of custom/own Semaphore in java

问题6 Java 7中atomic类的意义

Java在java.util.concurrent.atomic中提供了其他的同步类，这些类有AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean等，相应的方法有get()，set()，getAndSet()，compareAndSet( )，decrementAndGet( )等。在多线程环境下，这些类不需要显示地进行同步，因为它们是线程安全的。
atomic的更多内容请参考Atomic operations in java。

问题7 Future和Callable之间的关联？

Future<V> 接口提供的方法用于返回计算的结果，计算未完成会一直等待，或者取消计算任务。
Callable<V>接口提供了计算结果的方法，并返回计算结果，或者抛出异常。任何实现Callable接口的类必须重写call()方法。
向Executor提交Callable对象返回的对象类型是Future，如：

Future<Double> futureDouble=executor.submit(new SquareDoubleCallable(2.2));

更多内容请阅读Executor and ExecutorService framework in java。

问题8 java.util.concurrent.Callable和java.lang.Runnable不同？

实现Callable接口的类必须重写call()方法，call()方法返回计算结果或者无法执行抛出异常；
实现Runnable接口的类必须重写run()方法，run()方法不会返回计算结果，也不抛出检查异常。

问题9 CountDownLatch

CountDownLatch适用于当前线程等待一个或多个线程完成特定的操作。CountDownLatch(int count) 初始化需要确定在latch释放之前发生事件的个数。事件每次发生count减1，一旦count减为0，latch被释放。
CountDownLatch的await()方法有两种形式：
- void await( ) throws InterruptedException
引起当前线程等待，直到latch count减为0，或者当前线程被中断。
- boolean await(long timeout, TimeUnit unit)
引起当前线程等待，直到latch count减为0，或者当前线程被中断，或者超时。
countDown()方法用来减少latch count计数。count减为0，所有等待线程被释放。
了解更多请阅读CountDownLatch in java。

问题10 CountDownLatch的使用场景

请阅读CountDownLatch in java。

问题11 如何实现CountDownLatch？

请阅读Implementation of custom/own CountDownLatch in java。

问题12 CyclicBarrier

CyclicBarrier用于一个或多个线程完成都完成特定的操作才触发一个事件。2个或者多个线程彼此等待直到到达共同的barrier point。当所有的线程到达共同的barrier point（即所有的线程调用await()方法）：
- 所有的等待线程被释放；
- 事件被触发。
CyclicBarrier的构造函数：
- CyclicBarrier(int parties)
新的CyclicBarrier被创建，当parties个等待线程到达共同的barrier point，等待的线程被释放。
- CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)
新的CyclicBarrier被创建，当parties个等待线程到达共同的barrier point，等待的线程被释放，barrierAction事件被触发。
CyclicBarrier的await()方法：
- int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException
- int await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException
当前的线程如果不是最后到达的（即调用await()方法），它会等待直到发生如下事情：
1. 最后一个线程调用await()方法
2. 其他线程中断了当前线程
3. 其他线程中断了其中的一个等待线程
4. 等待barrier的过程中一些线程超时
5. 在这个cyclicBarrier上的线程调用了reset()方法
6. 经过了timeout时间
更多内容请阅读CyclicBarrier in java。

问题13 为什么CyclicBarrier能够循环？

barrier之所以能够循环，是因为CyclicBarrier能够重用，当所有的等待线程释放，或者事件已被触发。

问题14 在实际场景中什么时候使用CyclicBarrier？

举例：有10个好朋友打算去地点A野餐（朋友是线程，地点A是共同的barrier point），他们决定玩某个游戏当所有的人员到达地点A（游戏是一个事件）。所以10个朋友必须等到他们都到齐才能进行游戏。

问题15 如何实现CyclicBarrier？

请参考Implementation of custom/own CyclicBarrier in java。

问题16 CyclicBarrier和CountDownLatch之间的异同

1. CyclicBarrier和CountDownLatch有点相似，是因为它们要等待特定数量的线程到达某个点，然后使count或者parties等于0。但是CountDownLatch完成等待，线程必须调用countDown()方法；而CyclicBarrier完成等待，线程必须调用await()方法。
2. 它们的构造函数区别：
   CountDownLatch(int count) ：count确定latch释放之前发生的事件个数；
   CyclicBarrier(int parties)：parties个线程相互等待到达共同的barrier point，当所有的线程到达这个共同的barrier point，parties个等待线程被释放。
3. CyclicBarrier可以重复等待，而CountDownLatch不能，即一旦count减为0，cyclicBarrier可重复使用。
4. CyclicBarrier可以触发事件。

问题17 Phaser是什么？

Phaser在功能上和CyclicBarrier和CountDownLatch有点相似，但是比它俩更加灵活。
Phaser为我们提供了更加灵活的注册和取消注册。对于注册，可以使用下面的方式：
- 构造函数
- int register()
- bulkRegister()
对于取消注册，可以使用下面的方式：
- arriveAndDeregister()
可以使用getPhase()方法返回当前的phase个数，isTerminated()返回phaser时候结束。
更多内容请阅读Phaser in java。

问题18 Phaser和CyclicBarrier之间的异同

CyclicBarrier和Phaser都可以重复等待。在CyclicBarrier中，在构造函数中注册，但是Phaser提供了在任何时候注册和取消注册的方法。

问题19 Phaser的arrive()方法和arriveAndAwaitAdvance() 的区别

Phaser的arrive()方法不会引起当前线程等待其他线程完成当前的phase，即当前线程可以立刻进入下一个phase，无须等待其他注册线程完成当前的phase。
而arriveAndAwaitAdvance()方法会让当前线程去等待其他注册线程完成当前的phase，即只有当其他的所有线程完成当前的phase，当前线程才可以进行下一个phase。

问题20 phaser什么时候结束

调用Phaser的arriveAndDeregister() 方法会让注册的线程数变为0。当onAdvance()方法返回true，终止也会被触发。

问题21 如何控制phase的个数

请参考：Program to demonstrate usage of how we can override Phaser’s onAdvance method to control number of phase we want to execute。

问题22 Phaser的使用场景

软件开发管理按如下phase进行：
1. 需求收集；
2. 软件开发；
3. 测试；
第二个phase不会开始直到第一个phase完成，第三个phase也不会开始直到第二个phase完成。

问题23 每次phaser注册的最大数量

每次phaser注册的数量为65535，如果想注册更多的线程，将会抛出IllegalStateException。

问题24 Exchanger

Exchanger能够使两个线程交换彼此的数据，它能够非常容易地实现生产者消费者模式，生产者和消费者线程交换彼此的数据。
exchange(V x)方法能够使两个线程交换彼此的数据，如果当前线程是第一个调用exchange()方法，那它会等待直到其他线程调用exchange()方法，或者其他线程中断当前线程。如果其他线程已经调用了exchange()方法，那么它会恢复执行，等待线程恢复并接受当前线程的数据，或者当前线程收到其他等待线程的数据，立刻返回。
更多内容请阅读Exchanger in java。

问题25 用Exchanger实现生产者消费者模式

请参考Read program to implement Producer Consumer pattern using Exchanger。

问题26 使用BlockingQueue解决生产者消费者模式

请参考BlockingQueue is a interface and we will use its implementation class LinkedBlockingQueue。

问题27 使用BlockingQueue解决生产者消费者模式

请参考Producer Consumer pattern using Custom implementation of LinkedBlockingQueue interface。

问题28 java Lock

java.util.concurrent.locks.Locks是一个接口，它的实现类提供了更实用的锁操作。lcok有助于控制多线程共享资源的访问，每次只有一个线程获取锁，并且访问共享资源。如果第二个线程试图访问锁上的共享资源，当这个锁被另一个线程获取，那么第二个线程处于等待，直到锁被释放。这样就可以实现同步和避免竞争。
更多内容请阅读locks and ReEntrantLocks in java。

问题29 Lcok 接口中的关键方法

void lock()

如果锁没有被其他线程占用，获取锁。设置锁计数为1；如果当前线程已经占用了锁，那么说计数器加1；如果锁被其他线程占用，那么当前线程等待直到锁被释放。

void unLock()

如果当前线程占用了锁，那么锁计数器减1；如果锁计数器减为0，那么锁被释放；如果锁计数器大于0，那么锁没有被释放；如果当前线程没占用锁，那么抛出IllegalMonitorStateException异常。

boolean tryLock()

获取锁如果没有被其他线程占用，并返回true，设置锁计数器设置为1。如果当前线程已经占有了锁，那么返回true，并锁计数器加1.如果锁被其他线程占用，返回false。

boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException 

获取锁如果没有被其他线程占用，返回true，设置锁计数器为1。如果当前线程已经占有了锁，返回true，并且锁计数器加1。如果锁被其他线程占用，那么当前线程等待直到发生如下：1、另一个线程释放锁，当前线程获取锁；2、其他线程中断了当前线程；3、设定的时间超时。

Condition newCondition()

返回Condition实例，被用于锁接口。Condition实例类似于wait(), notify(), notifyAll()方法。

更多请阅读locks in java。

原文：Thread concurrency - Top 50 interview questions and answer in java for fresher and experienced (detailed explanation with programs)