Java面试宝典-并发编程学习01

Java 并发编程学习

1、创建线程的有哪些方式？

创建线程的方式有以下几种：

继承Thread类：创建一个类继承Thread类，并重写run()方法，然后通过创建类的实例来创建线程。
实现Runnable接口：创建一个类实现Runnable接口，并重写run()方法，然后通过创建Runnable对象来创建线程。
使用Executor框架：通过Executor框架创建线程，可以使用线程池来管理和调度线程的执行。
使用Callable和Future：使用Callable接口可以在执行完任务后返回结果，使用Future接口可以获取Callable执行的结果。
使用定时器：使用Timer类可以在指定时间间隔执行任务。
使用线程池：可以使用线程池来管理和调度线程的执行，可以通过ThreadPoolExecutor类或Executors工具类来创建线程池。

这些方式各有优缺点，选择合适的方式取决于具体的需求和场景。

2、创建线程的常用的三种方式如何选择？

（1）继承Thread类创建简单，但Java不支持多重继承，如果已经继承了其他类，就无法再继承Thread类。

（2）实现Runnable接口可以避免单一继承的局限性，因为一个类可以实现多个接口。

（3）通过Callable和Future创建线程 Callable接口有返回值，并且能够抛出异常。提供了更强大的异步执行机制，能够获得任务执行的结果或取消任务。

因此，如果只是创建简单的线程，可以选择继承Thread类；如果需要实现多接口或者避免单一继承的限制，可以选择实现Runnable接口；如果需要更复杂的异步执行和结果获取，可以选择实现Callable接口配合FutureTask。

3、线程的run()和start()有什么区别？

线程的run()方法和start()方法的区别如下：

run()方法是线程的主体，包含了线程要执行的代码；而start()方法用于启动线程，创建一个新的线程并使其进入就绪状态，等待系统调度并执行run()方法。
直接调用run()方法会在当前线程中执行普通的方法调用，没有创建新的线程，只是按照顺序执行方法中的代码。而调用start()方法会创建一个新的线程，并在新线程中执行run()方法中的代码。
注意：不应该直接调用run()方法来启动线程。应该通过调用start()方法来启动线程，以便系统能够正确地管理线程的生命周期和资源分配。

4、为什么我们调用 start() 方法时会执行 run() 方法，为什么我们不能直接调用 run() 方法？

在Java中，Thread类中的start()方法用于启动一个新的线程，并在新线程中调用run()方法。而直接调用run()方法只是普通的方法调用，不会创建新的线程。

当调用start()方法时，实际上会完成以下几个步骤：

创建一个新的线程。
调用新线程的run()方法。

而直接调用run()方法只会执行该方法，不会创建新的线程。这样的话，多线程的特性就无法体现出来，只是单纯的顺序执行方法而已。

所以，如果我们希望实现多线程的效果，就应该调用start()方法，让系统自动创建新的线程并调用run()方法。而直接调用run()方法只会在当前线程中顺序执行该方法的代码，不会创建新的线程。

5、servlet是线程安全的吗？

Servlet是线程安全的。Servlet容器在每个请求到达时会创建一个新的线程来处理请求。这意味着每个请求都会有自己的线程来执行，避免了多个请求之间的线程安全问题。但是需要注意的是，Servlet中的成员变量（即类级变量）是共享的，在多线程环境下需要注意对共享数据的访问控制，可以使用synchronized关键字或其他线程同步机制来确保线程安全。

可以采用哪些措施保证servlet的线程安全呢？

① 不在Servlet中使用实例变量来存储状态信息，可以使用局部变量来代替，因为局部变量存储在每个线程自己的栈中，自然是线程安全的。

② 如果必须使用实例变量，可以通过同步机制（如synchronized关键字）来确保同一时间只有一个线程能够访问和修改这些变量。

③ 对于每个线程需要独立存储的数据，可以使用ThreadLocal类来实现线程局部存储，这样每个线程都有自己的数据副本，互不干扰。

6、进程与线程有什么区别？

进程和线程是计算机中两个重要的执行单元，有以下区别：

进程是指正在运行中的程序，它是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。每个进程都拥有独立的地址空间、文件描述符、堆栈和其他系统资源。一个程序可以包含多个进程，这些进程可以并发执行。
线程是进程中的一个执行单元，是程序执行的最小单位。一个进程可以拥有多个线程，这些线程共享该进程的地址空间和其他系统资源，但每个线程有自己的堆栈和局部变量。多线程可以实现并发执行，提高程序的响应速度和资源利用率。
进程之间是独立的，它们之间互相隔离，通信需要通过进程间通信（IPC）机制。线程之间是共享资源的，它们可以直接相互通信。
创建和销毁进程的开销较大，而创建和销毁线程的开销较小。线程的切换速度较快，因为它们共享了大部分的资源和上下文。
由于线程共享地址空间，所以线程之间的同步和通信相对容易。而进程之间的通信要复杂一些，需要使用特殊的机制。

总的来说，进程和线程都是用于执行程序的，但进程是资源分配的基本单位，而线程是操作系统调度的基本单位。进程之间是独立的，线程之间是共享资源的。

7、什么是java线程池?

‌**Java线程池**是一种多线程处理形式，它维护着多个线程，这些线程等待监督管理者分配可并发执行的任务。 ‌ 线程池避免了在处理短时间任务时创建与销毁线程的代价，不仅能够保证内核的充分利用，还能防止过分调度‌。

线程池的工作原理是：当有任务到来时，线程池从池中取出一个线程去执行该任务，任务执行结束后，线程被放回池中以备循环使用。这种模式减少了线程创建和销毁的开销，提高了系统的效率和性能‌。

8、创建线程池的几个核心构造参数

在Java中，可以使用Executors工具类来创建不同类型的线程池。线程池的核心构造参数包括：

corePoolSize：线程池中的常驻核心线程数。
maximumPoolSize：线程池允许的最大线程数。
keepAliveTime：非核心线程空闲后的存活时间。
unit：keepAliveTime的时间单位。
workQueue：用来保存等待执行任务的队列。
threadFactory：创建线程的工厂。
handler：拒绝策略。

java 复制代码

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

    public class ThreadPoolExample {
        public static void main(String[] args) {
            // 创建固定大小的线程池
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);

            // 创建单线程化的线程池
            ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();

            // 创建固定大小的线程池，且支持定时及周期性任务
            ExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(5);

            // 创建自适应大小的线程池
            ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();

            // 自定义线程池
            ExecutorService customThreadPool = new ThreadPoolExecutor(
                    5, // corePoolSize
                    10, // maximumPoolSize
                    1, // keepAliveTime
                    TimeUnit.MINUTES, // unit
                    new ArrayBlockingQueue<>(10), // workQueue
                    Executors.defaultThreadFactory(), // threadFactory
                    new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() // handler
            );

            // 关闭线程池
            executorService.shutdown();
            singleThreadExecutor.shutdown();
            scheduledExecutorService.shutdown();
            cachedThreadPool.shutdown();
            customThreadPool.shutdown();
        }
    }

9、线程池的类型都有什么？

‌Java****中通过 Executors类 提供了四种常见的线程池类型，分别是： newSingleThreadExecutor 、 newFixedThreadPool 、 newScheduledThreadPool 和 newCachedThreadPool 。 ‌

‌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，保证所有任务按照指定顺序执行。这种线程池适用于需要顺序执行任务的场景，例如文件I/O操作。
‌newFixedThreadPool‌：创建一个定长线程池，可控制线程的最大并发数。超出的线程会在队列中等待。这种线程池适用于需要固定数量线程的任务处理，如Web服务器。
‌newScheduledThreadPool‌：创建一个可定期或者延时执行任务的定长线程池，支持定时及周期性任务执行。这种线程池适用于需要定时执行任务的场景，如定时清理缓存或定时执行某些周期性任务。
‌newCachedThreadPool‌：创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。这种线程池适用于执行大量短期异步任务的场景，能够动态地调整线程数量，减少资源浪费。

10、为何阿里巴巴开发手册中不允许使用Executors创建线程池？

‌**阿里巴巴开发手册**中不允许使用 Executors 创建线程池的主要原因 ‌是由于其可能导致资源耗尽、线程数不可控和缺乏灵活性。使用Executors创建线程池隐藏了关键配置参数，限制了开发者对线程池行为的精确控制和优化，可能导致资源使用不当或性能问题。此外，Executors提供的便捷方法通常会使用无界队列，如果任务提交速度超过处理速度，可能会导致内存溢出(OOM)的风险‌。

‌具体原因包括 ‌：

‌资源耗尽风险 ‌：Executors类创建的线程池，如FixedThreadPool和SingleThreadPool，可能会导致请求队列堆积大量任务，最终引发内存溢出(OOM)的风险。特别是CachedThreadPool会无限创建新线程，直到达到系统资源的极限，这可能导致系统负载过高‌。
‌不可控制的线程数 ‌：Executors类创建的线程池通常具有固定的参数配置，这限制了对于线程池参数的自定义调整，如核心线程数、最大线程数、任务队列等。这可能导致系统资源被迅速耗尽‌。
‌缺乏灵活性 ‌：Executors类提供的线程池通常具有固定的参数配置，这限制了对于线程池参数的自定义调整，如核心线程数、最大线程数、任务队列等。这不利于根据实际需求进行细致的配置和调整‌。
‌不够透明 ‌：使用Executors类创建的线程池可能不够透明，无法清晰地了解其内部工作机制和潜在问题，这对于性能调优和故障排查都是不利的‌。

‌推荐的替代方案 ‌是使用ThreadPoolExecutor进行手动创建。通过直接使用ThreadPoolExecutor来创建线程池，可以让开发者更精细地控制线程池的行为，包括设置合理的线程数量、任务队列长度、拒绝策略等，从而更好地管理系统资源，避免不必要的风险。此外，推荐使用有界队列来控制线程池的任务排队数量，以避免潜在的问题‌。

11、线程池中的线程是怎么创建的？是一开始就随着线程池的启动创建好的吗？

‌线程池中的线程并不是一开始就随着线程池的启动创建好的。 ‌ 线程池中的线程是在有任务提交时动态创建的。当一个新的任务提交到线程池时，线程池会根据当前的状态和配置来决定是否创建新线程‌。

当一个新的任务提交到线程池时，线程池会按照以下步骤执行：

如果线程池中的线程数小于corePoolSize，则创建一个新的线程，并将任务交给这个线程执行。
如果线程池中的线程数已经等于corePoolSize，新的任务会被放入工作队列中。
如果工作队列已满，则会创建新的线程来执行任务，直到线程数达到maximumPoolSize为止。
如果线程数已经达到maximumPoolSize并且工作队列已满，则执行拒绝策略，如抛出异常或者丢弃任务‌。

此外，如果在线程池启动时设置了prestartAllCoreThreads为true，则会预先创建corePoolSize个线程并启动它们，这样可以提前消耗一部分资源，但仍然需要根据任务的提交情况动态地创建线程来执行任务‌。

12、线程池的执行过程是什么？

‌**线程池**的执行过程可以分为以下几个主要步骤 ‌：

‌提交任务 ‌：当一个新的线程任务被提交到线程池时，线程池会首先检查是否有空闲线程。如果有，则分配一个空闲线程执行该任务；如果没有空闲线程，则进行下一步判断‌。
‌核心线程判断 ‌：如果当前运行的线程数小于核心线程数（corePoolSize），线程池会创建一个新的核心线程来执行任务。如果当前运行的线程数已经达到或超过核心线程数，则进行下一步判断‌。
‌工作队列判断 ‌：如果当前运行的线程数已经达到核心线程数，线程池会检查工作队列是否已满。如果工作队列未满，任务会被放入队列中等待执行；如果工作队列已满，则进行下一步判断‌。
‌非核心线程判断 ‌：如果工作队列已满，线程池会判断当前线程数是否已达到最大线程数（maximumPoolSize）。如果没有达到最大线程数，线程池会创建一个新的非核心线程来执行任务；如果已达到最大线程数，则执行拒绝策略‌。
‌拒绝策略 ‌：如果所有线程都在运行且工作队列已满，且线程数已达到最大线程数，线程池会执行拒绝策略（如AbortPolicy、CallerRunsPolicy等），具体策略取决于线程池的配置‌。

13、Java 线程池中 submit() 和 execute()方法有什么区别？

‌**Java线程池**中的 submit() 和 execute() 方法主要有以下区别 ‌：

‌返回值 ‌：
- submit()方法可以接受Callable或Runnable类型的任务，并返回一个Future对象。通过这个Future对象，可以获取任务的执行结果或者取消任务执行‌。
- execute()方法只能接受Runnable类型的任务，并且没有返回值。它直接在调用时执行任务，不会返回任何结果或Future对象‌。
‌异常处理 ‌：
- submit()方法可以捕获任务执行过程中抛出的异常，并通过Future对象的get()方法重新抛出这些异常。这意味着异常可以通过编程方式处理，而不是直接暴露给调用者‌。
- execute()方法无法直接捕获任务执行中的异常，需要在任务内部进行异常处理。如果任务抛出未检查异常，这些异常可能会导致线程池中的线程被异常终止，从而影响线程池的稳定性‌。
‌方法来源和灵活性 ‌：
- execute()方法是Executor接口中定义的方法，主要用于执行不带返回值的任务。它定义较为简单，适用于只需要执行任务而不需要结果反馈的场景‌。
- submit()方法是ExecutorService接口中定义的方法，在Executor的基础上增加了任务提交后可以获取任务执行结果的能力。这使得submit()方法更加灵活，适用于需要处理带返回值任务的场景‌。

14、如果你提交任务时，线程池队列已满，这时会发生什么

‌当你提交任务时，如果线程池队列已满，会发生拒绝策略。 ‌

具体来说，线程池会根据其配置的拒绝策略来处理无法执行的新任务。主要有以下几种情况：

‌使用无界队列（如 LinkedBlockingQueue ） ‌：如果线程池使用的是无界队列，任务会继续添加到阻塞队列中等待执行，因为无界队列可以无限存放任务‌。
‌使用有界队列（如 ArrayBlockingQueue ） ‌：如果线程池使用的是有界队列，当队列满时，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，队列继续满，则会使用拒绝策略处理新的任务，默认是AbortPolicy‌。

拒绝策略主要有以下几种：

‌AbortPolicy‌：直接抛出RejectedExecutionException异常。
‌CallerRunsPolicy‌：不在新线程中执行任务，而是在调用者的线程中直接执行任务。
‌DiscardPolicy‌：默默丢弃无法处理的任务，不抛出异常。
‌DiscardOldestPolicy‌：丢弃队列最老的任一个任务，并执行当前任务‌

15、说说你对核心线程数的理解？

配置文件中的线程池核心线程数为何配置为

java 复制代码

// 获取CPU的处理器数量

int curSystemThreads = Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2

Runtime.getRuntime().availableProcessors()获取的是CPU核心线程数，也就是计算资源。

CPU **密集型，**线程池大小设置为N，也就是和cpu的线程数相同，可以尽可能地避免线程间上下文切换，但在实际开发中，一般会设置为N+1，为了防止意外情况出现线程阻塞，如果出现阻塞，多出来的线程会继续执行任务，保证CPU的利用效率。

IO **密集型，**线程池大小设置为2N，这个数是根据业务压测出来的，如果不涉及业务就使用推荐。

在实际中，需要对具体的线程池大小进行调整，可以通过压测及机器设备现状，进行调整大小。

如果线程池太大，则会造成CPU不断的切换，对整个系统性能也不会有太大的提升，反而会导致系统缓慢。

16、什么是线程组？

线程组在Java中主要用于方便地管理线程，它可以包含多个线程，将它们组织成一个单元，从而更容易进行管理和控制。

在Java中创建线程组时，可以使用ThreadGroup类的构造函数，可以指定线程组的名称和父线程组。默认情况下，所有的线程都属于主线程组。我们可以通过线程对象获取它所属的线程组，也可以通过线程组对象获取它所在组的名字。

线程组可以为其中的所有线程设置共同的属性，如线程优先级、是否守护线程等。

一旦线程加入某个线程组，它将一直属于该线程组，直到线程终止，且不能中途改变所属的线程组。

线程组更多地用于对线程进行分组管理和属性设置，而线程池则专注于提高系统性能，通过重用线程来减少资源消耗，并控制并发。

17、为什么在 Java 中不推荐使用线程组？

线程组中的stop、resume和suspend方法会导致安全问题，如死锁，这些方法已经被官方废弃。

线程组的功能相对有限，它无法在运行时对线程进行高级操作，如方法注入或暂停线程等。

在实际开发中，线程组的机制相对笨重，不便于进行动态调度，这导致代码难以扩展。

对于线程管理，推荐使用如Executor框架这样的现代工具，它们提供了更好的线程管理和资源控制，能够更有效地满足并发编程的需求。

Executor框架中的ThreadPoolExecutor类提供了线程池的实现，可以有效地管理和复用线程，减少系统开销。

18、为什么推荐使用Executor框架？

Executor框架将任务的提交与执行分离，提供了一种更加灵活和可扩展的方式来管理线程。它允许开发者专注于任务的实现逻辑，而不必关心任务的执行细节。

通过Executor框架，可以轻松地将任务异步执行，从而提高程序的效率和响应性。

Future接口允许获取异步任务的执行结果，提供了检查任务是否完成、等待任务完成以及获取任务结果的方法。这使得可以灵活地处理异步计算的结果，包括可能的异常处理。

除了基本的线程池实现，Executor框架还提供了ScheduledThreadPoolExecutor类，支持定时或周期性执行任务。

19、Executor 和 Executors 有什么区别？

Executor是一个接口，定义了一个线程池的核心方法execute()，用于提交任务到线程池中执行。它只包含一个execute(Runnable command)方法，用于执行给定的任务。

Executors 是一个工具类，提供了一些静态工厂方法来创建不同类型的ExecutorService实例。这些方法包括newFixedThreadPool、newCachedThreadPool等，它们提供了对ThreadPoolExecutor的封装，生成ExecutorService的具体实现类。

在实际使用中，通常不需要直接与Executor接口打交道，而是通过Executors类提供的方法来获取一个具体的ExecutorService实例。

20、用户线程与守护线程有什么区别？

在Java中有两类线程：User Thread(用户线程)、Daemon Thread(守护线程) 。

用户线程是最常见的线程，比如通过main方法启动，就会创建一个用户线程。

Daemon的作用是为其他线程的运行提供便利服务，守护线程最典型的应用就是 GC (垃圾回收器)，它就是一个很称职的守护者。

JVM中的垃圾回收、JIT编译器线程就是最常见的守护线程。

只要有一个用户线程在运行，守护线程就会一直运行。只有所有的用户线程都结束的时候，守护线程才会退出。

编写代码时，也可以通过 thread.setDaemon(true) 指定线程为守护线程。