前言

多线程技术是日常开发、面试或者在进行系统优化是一个重难点的技术点，本文通过自己近十几年开发经验总结下面问题点，供给需要的伙伴学习与参考，本文主要介绍Java中多线程方面技术。

1. 什么是进程与线程？

进程：在操作系统中能够独立运行，并且作为资源分配的基本单位。它表示运行中的程序。系统运行一个程序就是一个进程从创建、运行到消亡的过程。

线程：是一个比进程更小的执行单位，能够完成进程中的一个功能，也被称为轻量级进程。一个进程在其执行的过程中可以产生多个线程。

线程与进程不同的是：同类的多个线程共享进程的堆和方法区资源，但每个线程有自己的程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈，所以系统在产生一个线程，或是在各个线程之间作切换工作时，负担要比进程小得多。

2. 并发编程要素是什么？

• 原子性

  原子性指的是一个或者多个操作，要么全部执行并且在执行的过程中不被其他操作打断，要么就全部都不执行。

• 可见性

  可见性指多个线程操作一个共享变量时，其中一个线程对变量进行修改后，其他线程可以立即看到修改的结果

• 有序性

​ 有序性，即程序的执行顺序按照代码的先后顺序来执行。

3.可见性实现方式是什么？

synchronized或者Lock：保证同一个时刻只有一个线程获取锁执行代码，锁释放之前把最新的值刷新到主内存，实现可见性。

4. 多线程价值是什么？

• 发挥多核CPU优势
• 防止阻塞
• 便于建模

5. 创建线程有哪些方式？

• 继承Thread类调用start方法创建线程

• 实现Runable接口重写run方法创建线程

• 实现Callable接口和Future创建线程

• 通过线程池创建线程

6. 创建线程方式对比

采用Runable接口、Callable接口方式创建多线程优势：

线程类只是实现接口，还可以继承其他类，在这种方式下，多个线程可以共享同一个target对象，所以非常适合多个相同线程来处理同一份资源的情况，从而可以将CPU、代码和数据分开，形成清晰的模型，较好地体现了面向对象的思想。

局限性：

编程稍微复杂，如果要访问当前线程，则必须调用Thread.currentThread()方法。

使用继承Thread类的方式创建多线程优势：

编写简单，如果需要访问当前线程，则无需使用Thread.currentThread()方法，直接使用this即可获得当前线程。

局限性：

线程类已经继承了Thread类，所以不能再继承其他父类。

7. Runable接口与Callable接口区别

Runable接口规定重写run(),Callable接口规定重写call()；

Runable任务执行无法返回值，Callable任务执行可以返回值；

Runable接口run()不能抛出异常，Callable接口call()可以抛出异常；

运行Callable任务可以拿到一个Future对象，表示异步计算的结果。它提供了检查计算是否完成的方法，以等待计算的完成，并检索计算的结果。通过Future对象可以了解任务执行情况，可取消任务的执行，还可获取执行结果。

8. Java中线程五种基本状态

• 新建状态(New):当线程对象对创建后，即进入了新建状态，如：Thread t = new MyThread()；

• 就绪状态(Runnable):当调用线程对象的start()方法（t.start();），线程即进入就绪状态。处于就绪状态的线程，只是说明此线程已经做好了准备，随时等待CPU调度执行，并不是说执行了t.start()此线程立即就会执行；

• 运行状态（Running）：当CPU开始调度处于就绪状态的线程时，此时线程才得以真正执行，即进入到运行状态。(就 绪状态是进入到运行状态的唯一入口，也就是说，线程要想进入运行状态执行，首先必须处于就绪状态中.)

• 阻塞状态（Blocked）:处于运行状态中的线程由于某种原因，暂时放弃对CPU的使用权，停止执行，此时进入阻塞状态，直到其进入到就绪状态，才 有机会再次被CPU调用以进入到运行状态。根据阻塞状态又可以分为如下：

  1. 等待阻塞：运行状态中的线程执行wait()方法，使本线程进入到等待阻塞状态；
  2. 同步阻塞：线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，它会进入同步阻塞状态；
  3. 其他阻塞：通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态；

• 死亡状态(Dead):线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期.

9. Java四种线程池的创建

1. newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池；

2. newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数；

3. newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行;

4. newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务

10. 线程池的价值

1. 重用存在的线程，减少对象创建、销毁资源开销；

2. 可有效的控制最大并发线程数，提高系统资源的使用率，同时避免过多资源竞争，避免堵塞；

3. 提供定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能

11. 常用并发工具有哪些？

CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore以及Exchanger。

12.CyclicBarrier和CountDownLatch的区别

1. CountDownLatch简单的说就是一个线程等待，直到他所等待的其他线程都执行完成并且调用countDown()方法发出通知后，当前线程才可以继续执行。

2. cyclicBarrier是所有线程都进行等待，直到所有线程都准备好进入await()方法之后，所有线程同时开始执行！

3. 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CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景，比如如果计算发生错误，可以重置计数器，并让线程们重新执行一次。

4. CyclicBarrier还提供其他有用的方法，比如getNumberWaiting方法可以获得CyclicBarrier阻塞的线程数量。isBroken方法用来知道阻塞的线程是否被中断。如果被中断返回true，否则返回false。

13. synchronized的作用

在Java中，synchronized关键字是用来控制线程同步的，就是在多线程的环境下，控制synchronized代码段不被多个线程同时执行。synchronized既可以加在一段代码上，也可以加在方法上。

14. volatile关键字的作用

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。

从实践角度而言，volatile的一个重要作用就是和CAS结合，保证了原子性，详细的可以参见java.util.concurrent.atomic包下的类，比如AtomicInteger。

15. 什么是CAS

CAS是compare and swap的缩写，即我们所说的比较交换.

CAS是一种基于锁的操作，而且是乐观锁。在java中锁分为乐观锁和悲观锁。悲观锁是将资源锁住，等一个之前获得锁的线程释放锁之后，下一个线程才可以访问。而乐观锁采取了一种宽泛的态度，通过某种方式不加锁来处理资源，比如通过给记录加version来获取数据，性能较悲观锁有很大的提高。

CAS 操作包含三个操作数 —— 内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。如果内存地址里面的值和A的值是一样的，那么就将内存里面的值更新成B。CAS是通过无限循环来获取数据的，若果在第一轮循环中，A线程获取地址里面的值被B线程修改了，那么A线程需要自旋，到下次循环才有可能机会执行。

16. CAS引发的问题

1. CAS容易造成ABA问题:

   一个线程a将其数据值改为b，接着再改为a，此时CAS认为数据未发生变更，然后实际情况是发生变更，可以采用一个版本号标识，每一次版本号加1，在JAVA5中采用AtomicStampedReference解决。

2. 无法保证代码块原子性:

   CAS机制所保证的只是一个变量的原子性操作，而不能保证整个代码块的原子性。比如需要保证3个变量共同进行原子性的更新，就不得不使用synchronized了。

3. CAS造成CPU利用率增加:

   CAS里面是一个循环判断的过程，如果线程一直没有获取到状态，cpu资源会一直被占用。

17. 什么是AQS?

AQS是AbstractQueuedSynchronizer的简称，它是一个Java提高的底层同步工具类，用一个int类型的变量表示同步状态，并提供了一系列的CAS操作来管理这个同步状态.

AQS是一个用来构建锁和同步器的框架，使用AQS能简单且高效地构造出应用广泛的大量的同步器，比如我们提到的ReentrantLock，Semaphore，其他的诸如ReentrantReadWriteLock，SynchronousQueue，FutureTask等等皆是基于AQS的。

18. AQS支持同步方式哪两种？

1. 独占式

2. 共享式

这样方便使用者实现不同类型的同步组件，独占式如ReentrantLock，共享式如Semaphore，CountDownLatch，组合式的如ReentrantReadWriteLock。总之，AQS为使用提供了底层支撑，如何组装实现，使用者可以自由发挥。

19. ReadWriteLock是什么？

ReentrantLock某些时候有局限。如果使用ReentrantLock，可能本身是为了防止线程A在写数据、线程B在读数据造成的数据不一致，但这样，如果线程C在读数据、线程D也在读数据，读数据是不会改变数据的，没有必要加锁，但是还是加锁了，降低了程序的性能。

因为这个，才诞生了读写锁ReadWriteLock。ReadWriteLock是一个读写锁接口，ReentrantReadWriteLock是ReadWriteLock接口的一个具体实现，实现了读写的分离，读锁是共享的，写锁是独占的，读和读之间不会互斥，读和写、写和读、写和写之间才会互斥，提升了读写的性能。

20. FutureTask是什么？

FutureTask表示一个异步运算任务。FutureTask可以传入一个Callable接口具体实现类,可以对这个异步运算的任务的结果进行等待获取、判断是否已经完成、取消任务等操作。当然，由于FutureTask也是Runnable接口的实现类，所以FutureTask也可以作用于线程池中。

21. synchronized与ReentrantLock区别？

22. 乐观锁与悲观锁

乐观锁:对于并发间操作产生线程安全问题持乐观状态，乐观锁认为竞争总不会发生，因此它不需要持有锁。将比较与替换这两个动作作为一个原子操作尝试去修改内存中的变量，如果失败则表示发生冲突，那么就应该有相应的重试逻辑。

悲观锁:对于并发间操作产生的线程安全问题持悲观状态，悲观锁认为竞争总是会发生，因此每次对某资源进行操作时，都会持有一个独占的锁。与synchronized作用一样，直接加锁操作资源。

23. 线程B如何感知线程A修改了变量？

1. volatile修饰变量
2. synchronized修饰修改变量的方法
3. wait/notify
4. while轮询

24. synchronized、volatile、CAS比较

synchronized属于悲观锁，属于抢占式，会引起其它线程阻塞

volatile提供多线程共享变量可见性和禁止指令重排序优化。

CAS是基于冲突检测的乐观锁（非阻塞）

25. sleep方法与wait方法区别与联系

sleep()和wait()都可以用来放弃CPU一定的时间，不同点在于如果线程持有某个对象的监视器，sleep方法不会放弃这个对象的监视器，wait方法会放弃这个对象的监视器。

26. ThreadLocal是什么以及作用

ThreadLocal是一个本地线程副本变量工具类，主要用于将私有线程和该线程存放的副本对象做一个映射，各线程之间的变量互不干扰，在高并发情景，可以实现无状态调用,适用于各个线程依赖不同的变量值完成操作的场景。

ThreadLocal就是一种以空间换时间的做法，在每个线程中维护了一个开放地址法实现的ThreadLocal.ThreadLocalMap,把数据进行隔离，数据不共享，自然就没有线程安全方面的问题。

27. wait方法、notify方法以及notifyAll方法要在同步块中被调用原因

这是jdk强制的，wait()方法和notify()/notifyAll()方法在调用前都必须先获得对象的锁。

28.多线程同步几种方法？

Synchronized关键字、Lock锁实现以及分布式锁。

29. 线程的调度策略

线程调度器选择优先级最高的线程运行，但是如果出现如下几种情况，就会终止线程。

1. 线程体中调用了yield方法让出了对cpu的占用权利；
2. 线程体中调用了sleep方法使线程进入睡眠状态；
3. 线程由于I/O操作受到阻塞；
4. 另外一个优先级更高的线程出现;
5. 在支持时间片的系统中，该线程的时间片用完

30. ConcurrentHashMap的并发度是什么？

ConcurrentHashMap并发度就是segment的大小，默认就是16，意味着可以16个线程同时操作ConcurrentHashMap，这是ConcurrentHashMap相比HashMap的优势。

31. Java死锁原因以及避免

Java死锁是一种编程情况，其中两个或多个线程被永久阻塞，Java死锁情况出现至少两个线程和两个或更多资源。

Java发生死锁的根本原因是：在申请锁时发生了交叉闭环申请。

32. Java死锁原因分析

1. 是多个线程涉及到多个锁，这些锁存在着交叉，所以可能会导致了一个锁依赖的闭环。

2. 默认的锁申请操作是阻塞的。

33. Java中唤醒阻塞线程

如果线程是因为调用了wait()、sleep()或者join()方法而导致的阻塞，可以中断线程，并且通过抛出InterruptedException来唤醒它；如果线程遇到了IO阻塞，无能为力，因为IO是操作系统实现的，Java代码并没有办法直接接触到操作系统。

34. 不可变对象对于多线程有什么帮助？

前面有提到过的一个问题，不可变对象保证了对象的内存可见性，对不可变对象的读取不需要进行额外的同步手段，提升了代码执行效率。

35. 多线程的上下文切换

多线程的上下文切换是指CPU控制权由一个已经正在运行的线程切换到另外一个就绪并等待获取CPU执行权的线程的过程。

36. 线程队列满问题

采用无界队列LinkedBlockingQueue,继续添加任务到阻塞队列中等待执行，因为LinkedBlockingQueue可以近乎认为是一个无穷大的队列，可以无限存放任务。

采用有界队列比如ArrayBlockingQueue，任务首先会被添加到ArrayBlockingQueue中，ArrayBlockingQueue满了，会根据maximumPoolSize的值增加线程数量，如果增加了线程数量还是处理不过来，ArrayBlockingQueue继续满，那么则会使用拒绝策略RejectedExecutionHandler处理满了的任务，默认是AbortPolicy。

37. Java用到线程调度算法

抢占式。一个线程用完CPU之后，操作系统会根据线程优先级、线程饥饿情况等数据算出一个总的优先级并分配下一个时间片给某个线程执行。

38.线程调度器和时间分片

线程调度器是一个操作系统服务，它负责为Runnable状态的线程分配CPU时间。一旦我们创建一个线程并启动它，它的执行便依赖于线程调度器的实现。时间分片是指将可用的CPU时间分配给可用的Runnable线程的过程。分配CPU时间可以基于线程优先级或者线程等待的时间。线程调度并不受到Java虚拟机控制，所以由应用程序来控制它是更好的选择（也就是说不要让你的程序依赖于线程的优先级）

39. 什么是自旋？

在Java中自旋一般是指自旋锁，指当一个线程在获取锁的时候，如果锁已经被其它线程获取，那么该线程将循环等待，然后不断的判断锁是否能够被成功获取，直到获取到锁才会退出循环。典型的synchronized。synchronized里面的代码只是一些很简单的代码，执行时间非常快，此时等待的线程都加锁可能是一种不太值得的操作，因为线程阻塞涉及到用户态和内核态切换的问题。既然synchronized里面的代码执行得非常快，不妨让等待锁的线程不要被阻塞，而是在synchronized的边界做忙循环，这就是自旋。如果做了多次忙循环发现还没有获得锁，再阻塞，这样可能是一种更好的策略。

40. Lock接口是什么？对比同步有什么优势？

Lock接口比同步方法以及同步块更具扩展性的锁操作，允许更灵活的结构，可以具有完全不同的性质，并且可以支持多个相关类的条件对象。具备如下优势

1. 可以使锁更公平；
2. 可以使线程在等待锁时候响应中断；
3. 可以让线程尝试获取锁，并在无法获取锁的时候立即返回或者等待一段时间；
4. 可以在不同的范围，以不同的顺序获取和释放锁;

41. Semaphore的作用

Semaphore就是一个信号量，它的作用就是限制某段代码块并发数。Semaphore有一个私有构造方法，可以传一个整数类型(int)参数n,表示某段代码块最多多少个线程访问，如果超出n则等待，等到某个线程执行完毕这段代码块，下一个线程再进入。由此可以看出如果Semaphore构造方法中传入的int型整数n=1，相当于变成了一个synchronized了。

42.Executors类是什么？

Executors为Executor，ExecutorService，ScheduledExecutorService，ThreadFactory和Callable类提供了一些工具方法。Executors可以用于方便的创建线程池。

43.线程类的构造方法、静态块是被哪个线程调用的？

线程类的构造方法、静态块是被new这个线程类所在的线程所调用的，而run方法里面的代码才是被线程自身所调用的。

44.同步方法以及同步块如何选择更好？

同步块，这表明同步块之外的代码是异步执行的，这比同步整个方法更提升代码的效率。请知道一条原则：同步的范围越小越好。

45. Java线程数过多会造成什么异常？

1. 线程的生命周期开销非常高

2. 消耗过多的CPU资源

​ 如果可运行的线程数量多于可用处理器的数量，那么有线程将会被闲置。大量空闲的线程会占用许多内存，给垃圾回收器带来压力，而且大量的线程在竞争CPU资源时还将产生其他性能的开销。

3. 降低稳定性

​ JVM在可创建线程的数量上存在一个限制，这个限制值将随着平台的不同而不同，并且承受着多个因素制约，包括JVM的启动参数、Thread构造函数中请求栈的大小，以及底层操作系统对线程的限制等。如果破坏了这些限制，那么可能抛出OutOfMemoryError异常。

46.Exchange作用是什么？

Exchanger(交换者)是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger 用于进行 线程间的数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点，两个线程可以交换彼此 的数据。这两个线程通过 exchange 方法交换数据。

如果第一个线程先执行 exchange()方法，它会一直等待第二个线程也执行 exchange 方法，当两个线程都 到达同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方。

47. synchronized 加锁 this 与class 有什么区别？

使用 synchronized 加锁 class 时，无论共享一个对象还是创建多个对象，它们用的都是同一把锁，而使用 synchronized 加锁 this 时，只有同一个对象会使用同一把锁，不同对象之间的锁是不同的。