java多线程、并发面试题

1. Java中CyclicBarrier 和 CountDownLatch有什么不同？
   CountDownLatch 的计数器只能使用一次，而CyclicBarrier 的计数器可以使用reset() 方法重置，所以后者能处理更为复杂的业务场景；CountDownLatch 是一个（或多个）线程等待另外N个执行任务的线程，而CyclicBarrier 是N个线程互相等待，任何一个线程完成之前，所有线程都必须等待；CyclicBarrier 的实现原理是，利用ReentrantLock 做线程安全锁，实现线程安全等待。

2. Java中的volatile 变量是什么？
   java语言规范对volatile 的定义如下：Java编程语言允许线程访问共享变量，为了确保共享变量能被准确和一致的更新，线程应该确保通过排它锁单独获得这个变量。
   volatile 变量修饰的共享变量进行写操作时，汇编代码会多出一个Lock 前缀的指令，这个指令会引发两件事情：

   • 将当前处理器缓存行的数据写回到系统内存。

   • 这个写回内存的操作会使在其他CPU 里缓存了该内存地址的数据无效。

两个特性：内存可见性和禁止指令重排序。
可见性：当写一个volatile 变量时，JVM会把该线程对应的本地内存中的共享变量值刷新到主内存；而读一个volatile 变量时，JVM会把该线程对应的本地内存置为无效，线程接下来将从主内存中读取共享变量。
禁止重排序： 编译器在生成字节码时，会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序。
3. Java内存模型是什么？
Java内存模型规定和指引Java程序在不同的内存架构、CPU和操作系统间有确定性地行为。它在多线程的情况下尤其重要。Java内存模型对一个线程所做的变动能被其它线程可见提供了保证，它们之间是先行发生关系。这个关系定义了一些规则让程序员在并发编程时思路更清晰。比如，先行发生关系确保了：

• 线程内的代码能够按先后顺序执行，这被称为程序次序规则。
• 对于同一个锁，一个解锁操作一定要发生在时间上后发生的另一个锁定操作之前，也叫做管程锁定规则。
• 前一个对volatile的写操作在后一个volatile的读操作之前，也叫volatile变量规则。
• 一个线程内的任何操作必需在这个线程的start()调用之后，也叫作线程启动规则。
• 一个线程的所有操作都会在线程终止之前，线程终止规则。
• 一个对象的终结操作必需在这个对象构造完成之后，也叫对象终结规则。
• 可传递性

4、 一个线程运行时发生异常会怎样？
多线程运行不能按照顺序执行过程中捕获异常的方式来处理异常，异常会被直接抛出到控制台（由于线程的本质，使得你不能捕获从线程中逃逸的异常。一旦异常逃逸出任务的run方法，它就会向外传播到控制台，除非你采用特殊的形式捕获这种异常。），这样会让你很头疼，无法捕捉到异常就无法处理异常而引发的问题。
简单的说，如果异常没有被捕获该线程将会停止执行。Thread.UncaughtExceptionHandler是用于处理未捕获异常造成线程突然中断情况的一个内嵌接口。当一个未捕获异常将造成线程中断的时候JVM会使用Thread.getUncaughtExceptionHandler()来查询线程的UncaughtExceptionHandler并将线程和异常作为参数传递给handler 的uncaughtException()方法进行处理。
总结：在java中要捕捉多线程产生的异常，需要自定义异常处理器，并设定到对应的线程工厂中。
5. 什么是ThreadLocal变量？
ThreadLocal ，即线程变量，是一个以ThreadLocal 对象为键、任意对象为值的存储结构。这个结构被附带在线程上，也就是说一个线程可以根据一个ThreadLocal 对象查询到绑定在这个线程上的一个值。
ThreadLocal 实现线程隔离的秘密，在于ThreadLocalMap 类。它是ThreadLocal 的一个静态内部类，实现了键值对的设置和获取，每个线程都有一个独立的ThreadLocalMap副本，它所存储的值，只能被当前线程读取和修改。
我们可以创建不同的ThreadLocal 实例来实现多个变量在不同线程间的访问隔离（因为不同的ThreadLocal 对象作为不同键，就像你在Map 中设置多个键值对一样）。
ThreadLocal 在处理线程的局部变量的时候比synchronized 更简单，更方便，且结果程序拥有更高的并发性。
使用ThreadLocal ，一直都是声明在静态变量中，如果不断地创建ThreadLocal 而且没有调用其remove() 方法，将会导致内存泄漏，特别是在高并发的Web容器中。
6. 什么是FutureTask？
FeatureTask 作为Feature 接口的唯一实现类，代表异步计算的结果，同时也实现了Runnable 接口，因此，FeatureTask 可以交给Executor 执行，也可以由调用线程直接执行（FeatureTask.run()）。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。
包括：未启动、已启动、已完成三种状态。
7. 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。
8. 为什么你应该在循环中检查等待条件?
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。这就是在循环中使用wait()方法效果更好的原因。
9. 线程池的种类，区别和使用场景
线程池： 创建线程要花费昂贵的资源和时间，如果任务来了才创建线程那么响应时间会变长，而且一个进程能创建的线程数有限。为了避免这些问题，在程序启动的时候就创建若干线程来响应处理，它们被称为线程池，里面的线程叫工作线程。
分类：
newFixedThreadPool 将创建一个固定长度的线程池，每当提交一个任务时就创建一个线程，直到达到线程池的最大数量，这时线程池的规模将不再变化（如果某个线程由于发生了未预期的Exception 而结束，那么线程池将会补充一个新的线程）。
newCachedThreadPool 将创建一个可缓存的线程池，如果线程池的当前规模超过了处理需求，那么将回收空闲的线程，而当需求增加时，则可以添加新的线程，线程池的规模不存在任何的限制。
newSingleThreadExecutor 是一个单线程的Executor ，它创建单个工作者线程来执行任务，如果这个线程异常结束，会创建一个线程来替代他。它能确保依照任务在队列中的顺序来串行执行。
newScheduledThreadPool 创建了一个固定长度的线程池，而且以延迟或定时的方式来执行任务，类似于Timer。
好处：
（1）降低资源消耗：通过重复利用已创建的线程，降低线程创建和销毁造成的消耗。
（2）提高响应速度：当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
（3）提供线程的可管理性：线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配、调控和优化。但是要做到合理地利用线程池，必须对其原理深入了解。
（4）防止服务器过载，形成内存溢出，或者CPU耗尽。
如何提高服务器性能：多线程技术主要解决处理器单元内多个线程执行的问题，它可以显著减少处理器单元的闲置时间，增加处理器单元的吞吐能力。
应用范围：需要大量的线程来完成任务，且完成任务的时间比较短；对性能要求苛刻的应用；接受突发性的大量请求，但不至于使服务器因此产生大量线程的应用。
工作机制及其原理：

    线程池的核心的两个队列：
    **线程等待池：** 即线程队列`BlockingQueue`；
    **任务处理池：（`PoolWorker`）**，即正在工作的`Thread` 列表（`HashSet<Worker>`）。
    线程池的核心的参数：
    **核心池大小（`corePoolSize`）：**，即固定大小，设定好之后，线程池的稳定峰值，达到这个值之后池的线程数大小不会释放。
    **最大处理线程池数（maximumPoolSize）:**，当线程池里面的线程数超过`corePoolSize`，小于`maximumPoolSize` 时会动态地创建与回收线程池里面的线程的的资源。

实现原理：
当向线程池提交一个任务之后，处理流程：
（1）线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。如果不是，则创建一个新的工作线程来执行任务；如果是，则进入下个流程。
（2）线程池判断工作队列是否已满。如果没有满，则将新提交的任务存储在这个工作队列里；如果满了，进入下个流程。
（3）线程池判断线程池中的线程是否都处于工作状态。如果不是，则创建一个新的工作线程来执行任务；如果是，则交给饱和策略来处理这个任务。
工作队列类
ArrayBlockingQueue
LinkedBlockingQueue
SynchronousQueue
PriorityBlockingQueue
饱和策略：
AbortPolicy: 直接抛出异常。
CallerRunsPolicy: 只用调用者所在线程来运行任务。
DiscardOldestPolicy: 丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。
DiscardPolicy: 不处理，直接丢弃掉。
10. 用Java写代码来解决生产者——消费者问题。
待补充…………………
11. 用Java编程一个会导致死锁的程序，你将怎么解决？
待补充…………
12. 什么是竞争条件？你怎样发现和解决竞争？
13. 你将如何使用thread dump？你将如何分析Thread dump？
14. Java中你怎样唤醒一个阻塞的线程？
15. 什么是不可变对象，它对写并发应用有什么帮助？
16. 你在多线程环境中遇到的常见的问题是什么？你是怎么解决它的？
17. 死锁与活锁的区别，死锁与饥饿的区别？
18. Java中用到的线程调度算法是什么？
19. 在Java中什么是线程调度？
20. 为什么使用Executor框架比使用应用创建和管理线程好？
21. 在Java中Executor和Executors的区别？
22. 如何在Windows和Linux上查找哪个线程使用的CPU时间最长？