您的位置:首页 > 职场人生

Java多线程常用面试题(含答案,精心总结整理)

2019-04-16 09:45 543 查看

Java并发编程问题是面试过程中很容易遇到的问题,提前准备是解决问题的最好办法,将试题总结起来,时常查看会有奇效。

现在有T1、T2、T3三个线程,你怎样保证T2在T1执行完后执行,T3在T2执行完后执行?

这个线程问题通常会在第一轮或电话面试阶段被问到,目的是检测你对”join”方法是否熟悉。这个多线程问题比较简单,可以用join方法实现。

核心:

thread.Join把指定的线程加入到当前线程,可以将两个交替执行的线程合并为顺序执行的线程。 
比如在线程B中调用了线程A的Join()方法,直到线程A执行完毕后,才会继续执行线程B。 
想要更深入了解,建议看一下join的源码,也很简单的,使用wait方法实现的。

t.join(); //调用join方法,等待线程t执行完毕 
t.join(1000); //等待 t 线程,等待时间是1000毫秒。

代码实现:

 
  1. public static void main(String[] args) {

  2. method01();

  3. method02();

  4. }

  5.  
  6. /**

  7. * 第一种实现方式,顺序写死在线程代码的内部了,有时候不方便

  8. */

  9. private static void method01() {

  10. Thread t1 = new Thread(new Runnable() {

  11. @Override public void run() {

  12. System.out.println("t1 is finished");

  13. }

  14. });

  15. Thread t2 = new Thread(new Runnable() {

  16. @Override public void run() {

  17. try {

  18. t1.join();

  19. } catch (InterruptedException e) {

  20. e.printStackTrace();

  21. }

  22. System.out.println("t2 is finished");

  23. }

  24. });

  25. Thread t3 = new Thread(new Runnable() {

  26. @Override public void run() {

  27. try {

  28. t2.join();

  29. } catch (InterruptedException e) {

  30. e.printStackTrace();

  31. }

  32. System.out.println("t3 is finished");

  33. }

  34. });

  35.  
  36. t3.start();

  37. t2.start();

  38. t1.start();

  39. }

  40.  
  41.  
  42. /**

  43. * 第二种实现方式,线程执行顺序可以在方法中调换

  44. */

  45. private static void method02(){

  46. Runnable runnable = new Runnable() {

  47. @Override public void run() {

  48. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行完成");

  49. }

  50. };

  51. Thread t1 = new Thread
    4000
    (runnable, "t1");

  52. Thread t2 = new Thread(runnable, "t2");

  53. Thread t3 = new Thread(runnable, "t3");

  54. try {

  55. t1.start();

  56. t1.join();

  57. t2.start();

  58. t2.join();

  59. t3.start();

  60. t3.join();

  61. } catch (InterruptedException e) {

  62. e.printStackTrace();

  63. }

  64. }

在Java中Lock接口比synchronized块的优势是什么?你需要实现一个高效的缓存,它允许多个用户读,但只允许一个用户写,以此来保持它的完整性,你会怎样去实现它?

这个题的原答案我认为不是很全面。 
Lock接口 和 ReadWriteLock接口 如下:

 
  1. public interface Lock {

  2. void lock();

  3. void lockInterruptibly() throws InterruptedException;

  4. boolean tryLock();

  5. boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

  6. void unlock();

  7. Condition newCondition();

  8. }

  9.  
  10. public interface ReadWriteLock {

  11. Lock readLock();

  12. Lock writeLock();

  13. }

整体上来说Lock是synchronized的扩展版,Lock提供了无条件的、可轮询的(tryLock方法)、定时的(tryLock带参方法)、可中断的(lockInterruptibly)、可多条件队列的(newCondition方法)锁操作。另外Lock的实现类基本都支持非公平锁(默认)和公平锁,synchronized只支持非公平锁,当然,在大部分情况下,非公平锁是高效的选择。

ReadWriteLock是对Lock的运用,具体的实现类是 ReentrantReadWriteLock ,下面用这个类来实现读写类型的高效缓存:

 
  1. import java.util.HashMap;

  2. import java.util.Map;

  3. import java.util.Random;

  4. import java.util.concurrent.ExecutorService;

  5. import java.util.concurrent.Executors;

  6. import java.util.concurrent.locks.Lock;

  7. import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;

  8. import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

  9.  
  10. /**

  11. * 用ReadWriteLock读写锁来实现一个高效的Map缓存

  12. * Created by LEO on 2017/10/30.

  13. */

  14. public class ReaderAndWriter<K, V> {

  15. private final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

  16. private final Lock readLock = lock.readLock();

  17. private final Lock writeLock = lock.writeLock();

  18. private final Map<K, V> map;

  19.  
  20. public ReaderAndWriter(Map<K, V> map) {

  21. this.map = map;

  22. }

  23.  
  24. /************* 这是用lock()方法写的 ********************/

  25. // public V put(K key, V value){

  26. // writeLock.lock();

  27. // try {

  28. // return map.put(key, value);

  29. // }finally {

  30. // writeLock.unlock();

  31. // }

  32. // }

  33. // public V get(K key){

  34. // readLock.lock();

  35. // try {

  36. // return map.get(key);

  37. // }finally {

  38. // readLock.unlock();

  39. // }

  40. // }

  41.  
  42. /************* 这是用tryLock()方法写的 ********************/

  43. public V put(K key, V value){

  44. while (true){

  45. if(writeLock.tryLock()){

  46. try {

  47. System.out.println("put "+ key +" = " + value);

  48. return map.put(key, value);

  49. }finally {

  50. writeLock.unlock();

  51. }

  52. }

  53. }

  54. }

  55. public V get(K key){

  56. while (true){

  57. if (readLock.tryLock()) {

  58. try {

  59. V v = map.get(key);

  60. System.out.println("get "+ key +" = " + v);

  61. return v;

  62. } finally {

  63. readLock.unlock();

  64. }

  65. }

  66. }

  67. }

  68.  
  69.  
  70. /******************** 下面是测试区 *********************************/

  71. public static void main(String[] args) {

  72. final ReaderAndWriter<String, Integer> rw = new ReaderAndWriter<>(new HashMap<>());

  73. ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();

  74. for (int i = 0; i < 100; i++) {

  75. exec.execute(new TestRunnable(rw));

  76. }

  77. exec.shutdown();

  78. }

  79.  
  80. static class TestRunnable implements Runnable{

  81. private final ReaderAndWriter<String, Integer> rw;

  82. private final String KEY = "x";

  83.  
  84. TestRunnable(ReaderAndWriter<String, Integer> rw) {

  85. this.rw = rw;

  86. }

  87.  
  88. @Override

  89. public void run() {

  90. Random random = new Random();

  91. int r = random.nextInt(100);

  92. //生成随机数,小于30的写入缓存,大于等于30则读取数字

  93. if (r < 30){

  94. rw.put(KEY, r);

  95. } else {

  96. rw.get(KEY);

  97. }

  98. }

  99. }

  100. }

在java中wait和sleep方法的不同?

通常会在电话面试中经常被问到的Java线程面试问题。 
最大的不同是在等待时wait会释放锁,而sleep一直持有锁。Wait通常被用于线程间交互,sleep通常被用于暂停执行。

此处我想理一下Java多线程的基础知识: 
- Java的多线程锁是挂在对象上的,并不是在方法上的。即每个对象都有一个锁,当遇到类似synchronized的同步需要时,就会监视(monitor)每个想使用本对象的线程按照一定的规则来访问,规则也就是在同一时间内只能有一个线程能访问此对象。 
- Java中获取锁的单位是线程。当线程A获取了对象B的锁,也就是对象B的持有标记上写的是线程A的唯一标识,在需要同步的情况下的话,只有线程A能访问对象B。 
- Thread常用方法有:start/stop/yield/sleep/interrupt/join等,他们是线程级别的方法,所以并不会太关心锁的具体逻辑。 
- Object的线程有关方法是:wait/wait(事件参数)/notify/notifyAll,他们是对象的方法,所以使用的时候就有点憋屈了,必须当前线程获取了本对象的锁才能使用,否则会报异常。但他们能更细粒度的控制锁,可以释放锁。

用Java实现阻塞队列。

这是一个相对艰难的多线程面试问题,它能达到很多的目的。第一,它可以检测侯选者是否能实际的用Java线程写程序;第二,可以检测侯选者对并发场景的理解,并且你可以根据这个问很多问题。如果他用wait()和notify()方法来实现阻塞队列,你可以要求他用最新的Java 5中的并发类来再写一次。

下面是实现了阻塞的take和put方法的阻塞队列(分别用synchronized 和 wait/notify 实现):

 
  1. import java.util.LinkedList;

  2. import java.util.List;

  3. import java.util.Random;

  4. import java.util.concurrent.ExecutorService;

  5. import java.util.concurrent.Executors;

  6.  
  7. /**

  8. * 实现了阻塞的take和put方法的阻塞队列

  9. * 分别用synchronized 和 wait/notify 实现

  10. * @author xuexiaolei

  11. * @version 2017年11月01日

  12. */

  13. public class MyBlocingQueue<E> {

  14. private final List list;

  15. private final int limit;//有大小限制的

  16.  
  17. public MyBlocingQueue(int limit) {

  18. this.limit = limit;

  19. this.list = new LinkedList<E>();

  20. }

  21.  
  22. //这是用synchronized写的,在list空或者满的时候效率会低,因为会一直轮询

  23. // public void put(E e){

  24. // while(true){

  25. // synchronized (list){

  26. // if (list.size() < limit) {

  27. // System.out.println("list : " + list.toString());

  28. // System.out.println("put : " + e);

  29. // list.add(e);

  30. // return;

  31. // }

  32. // }

  33. // }

  34. // }

  35. // public E take(){

  36. // while (true) {

  37. // synchronized (list) {

  38. // if (list.size() > 0){

  39. // System.out.println("list : " + list.toString());

  40. // E remove = (E) list.remove(0);

  41. // System.out.println("take : " + remove);

  42. // return remove;

  43. // }

  44. // }

  45. // }

  46. // }

  47.  
  48. //用wait,notify写的,在list空或者满的时候效率会高一点,因为wait释放锁,然后等待唤醒

  49. public synchronized void put(E e){

  50. while (list.size() == limit){

  51. try {

  52. wait();

  53. } catch (InterruptedException e1) {

  54. e1.printStackTrace();

  55. }

  56. }

  57. System.out.println("list : " + list.toString());

  58. System.out.println("put : " + e);

  59. list.add(e);

  60. notifyAll();

  61. }

  62. public synchronized E take() {

  63. while (list.size() == 0){

  64. try {

  65. wait();

  66. } catch (InterruptedException e) {

  67. e.printStackTrace();

  68. }

  69. }

  70. System.out.println("list : " + list.toString());

  71. E remove = (E) list.remove(0);

  72. System.out.println("take : " + remove);

  73. notifyAll();

  74. return remove;

  75. }

  76.  
  77.  
  78. /******************** 下面是测试区 *********************************/

  79. public static void main(String[] args) {

  80. final MyBlocingQueue<Integer> myBlocingQueue = new MyBlocingQueue(10);

  81. ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();

  82. for (int i = 0; i < 100; i++) {

  83. exec.execute(new TestRunnable(myBlocingQueue));

  84. }

  85. exec.shutdown();

  86. }

  87.  
  88. static class TestRunnable implements Runnable{

  89. private final MyBlocingQueue<Integer> myBlocingQueue;

  90.  
  91. TestRunnable(MyBlocingQueue<Integer> myBlocingQueue) {

  92. this.myBlocingQueue = myBlocingQueue;

  93. }

  94.  
  95. @Override

  96. public void run() {

  97. Random random = new Random();

  98. int r = random.nextInt(100);

  99. //生成随机数,按照一定比率读取或者放入,可以更改!!!

  100. if (r < 30){

  101. myBlocingQueue.put(r);

  102. } else {

  103. myBlocingQueue.take();

  104. }

  105. }

  106. }

  107. }

  • ckingQueue介绍:

Java5中提供了BlockingQueue的方法,并且有几个实现,在此介绍一下。

BlockingQueue 具有 4 组不同的方法用于插入、移除以及对队列中的元素进行检查。如果请求的 20000 操作不能得到立即执行的话,每个方法的表现也不同。这些方法如下:

Throws exception Special value Blocks Times out
add(e) offer(e) put(e) offer(Object, long, TimeUnit)
remove() poll() take() poll(long, TimeUnit)
element() peek()    

- Throws exception 抛异常:如果试图的操作无法立即执行,抛一个异常。 
- Special value 特定值:如果试图的操作无法立即执行,返回一个特定的值(常常是 true / false) 
- Blocks 阻塞:如果试图的操作无法立即执行,该方法调用将会发生阻塞,直到能够执行。 
- Times out 超时:如果试图的操作无法立即执行,该方法调用将会发生阻塞,直到能够执行,但等待时间不会超过给定值。返回一个特定值以告知该操作是否成功(典型的是true / false)。

BlockingQueue 的实现类 
- ArrayBlockingQueue:ArrayBlockingQueue 是一个有界的阻塞队列,其内部实现是将对象放到一个数组里。有界也就意味着,它不能够存储无限多数量的元素。它有一个同一时间能够存储元素数量的上限。你可以在对其初始化的时候设定这个上限,但之后就无法对这个上限进行修改了(译者注:因为它是基于数组实现的,也就具有数组的特性:一旦初始化,大小就无法修改)。 
- DelayQueue:DelayQueue 对元素进行持有直到一个特定的延迟到期。注入其中的元素必须实现 java.util.concurrent.Delayed 接口。 
- LinkedBlockingQueue:LinkedBlockingQueue 内部以一个链式结构(链接节点)对其元素进行存储。如果需要的话,这一链式结构可以选择一个上限。如果没有定义上限,将使用 Integer.MAX_VALUE 作为上限。 
- PriorityBlockingQueue:PriorityBlockingQueue 是一个无界的并发队列。它使用了和类 java.util.PriorityQueue 一样的排序规则。你无法向这个队列中插入 null 值。所有插入到 PriorityBlockingQueue 的元素必须实现 java.lang.Comparable 接口。因此该队列中元素的排序就取决于你自己的 Comparable 实现。 
- SynchronousQueue:SynchronousQueue 是一个特殊的队列,它的内部同时只能够容纳单个元素。如果该队列已有一元素的话,试图向队列中插入一个新元素的线程将会阻塞,直到另一个线程将该元素从队列中抽走。同样,如果该队列为空,试图向队列中抽取一个元素的线程将会阻塞,直到另一个线程向队列中插入了一条新的元素。据此,把这个类称作一个队列显然是夸大其词了。它更多像是一个汇合点。

BlocingQueue的实现大多是通过 lock锁的多条件(condition)阻塞控制,下面我们自己写一个简单版:

 
  1. import java.util.LinkedList;

  2. import java.util.List;

  3. import java.util.concurrent.locks.Condition;

  4. import java.util.concurrent.locks.Lock;

  5. import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

  6.  
  7. /**

  8. * 模仿ArrayBlockingQueue实现阻塞队列

  9. * @author xuexiaolei

  10. * @version 2017年11月01日

  11. */

  12. public class MyBlocingQueue2<E> {

  13. private final List list;

  14. private final int limit;//有大小限制的

  15. private final Lock lock = new ReentrantLock();

  16. private final Condition notFull = lock.newCondition();

  17. private final Condition notEmpty = lock.newCondition();

  18.  
  19. public MyBlocingQueue2(int limit) {

  20. this.limit = limit;

  21. this.list = new LinkedList<E>();

  22. }

  23.  
  24. public void put(E e) throws InterruptedException {

  25. lock.lock();

  26. try {

  27. while (list.size() == limit){

  28. notFull.await();

  29. }

  30. list.add(e);

  31. notEmpty.signalAll();

  32. }finally {

  33. lock.unlock();

  34. }

  35. }

  36. public E take() throws InterruptedException {

  37. lock.lock();

  38. try {

  39. while (list.size() == 0){

  40. notEmpty.await();

  41. }

  42. E remove = (E) list.remove(0);

  43. notFull.signalAll();

  44. return remove;

  45. }finally {

  46. lock.unlock();

  47. }

  48. }

  49. }

用Java写代码来解决生产者——消费者问题。

与上面的问题很类似,但这个问题更经典,有些时候面试都会问下面的问题。在Java中怎么解决生产者——消费者问题,当然有很多解决方法,我已经分享了一种用阻塞队列实现的方法。有些时候他们甚至会问怎么实现哲学家进餐问题。

生产者、消费者有很多的实现方法: 
- 用wait() / notify()方法 
- 用Lock的多Condition方法 
- BlockingQueue阻塞队列方法

可以发现在上面实现阻塞队列题中,BlockingQueue的实现基本都用到了类似的实现,将BlockingQueue的实现方式稍微包装一下就成了一个生产者-消费者模式了。

 
  1. import java.util.Random;

  2. import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;

  3. import java.util.concurrent.BlockingQueue;

  4.  
  5. /**

  6. * 用阻塞队列快速实现生产者-消费者

  7. * @author xuexiaolei

  8. * @version 2017年11月01日

  9. */

  10. public class ProduceAndConsumer {

  11. public static void main(String[] args) {

  12. final BlockingQueue<Integer> list = new ArrayBlockingQueue<Integer>(10);

  13. Procude procude = new Procude(list);

  14. Consumer consumer = new Consumer(list);

  15. procude.start();

  16. consumer.start();

  17. }

  18.  
  19. static class Procude extends Thread{

  20. private final BlockingQueue<Integer> list;

  21. Procude(BlockingQueue<Integer> list) {

  22. this.list = list;

  23. }

  24. @Override public void run() {

  25. while(true){

  26. try {

  27. Integer take = list.take();

  28. System.out.println("消费数据:" + take);

  29. // Thread.sleep(1000);

  30. } catch (InterruptedException e) {

  31. e.printStackTrace();

  32. }

  33. }

  34. }

  35. }

  36.  
  37. static class Consumer extends Thread{

  38. private final BlockingQueue<Integer> list;

  39. Consumer(BlockingQueue<Integer> list) {

  40. this.list = list;

  41. }

  42. @Override public void run() {

  43. while (true){

  44. try {

  45. int i = new Random().nextInt(100);

  46. list.put(i);

  47. System.out.println("生产数据:" + i);

  48. Thread.sleep(1000);

  49. } catch (InterruptedException e) {

  50. e.printStackTrace();

  51. }

  52. }

  53. }

  54. }

  55. }

此处不再详细地写另外几种实现方式了:wait() / notify()方法、Lock的多Condition方法、信号量等,甚至可以考虑用CyclicBarrier、CountDownLatch也可以实现生产者-消费者的,难易程度、效率不一样罢了。

用Java写一个会导致死锁的程序,你将怎么解决?

这是我最喜欢的Java线程面试问题,因为即使死锁问题在写多线程并发程序时非常普遍,但是很多侯选者并不能写deadlock free code(无死锁代码?),他们很挣扎。只要告诉他们,你有N个资源和N个线程,并且你需要所有的资源来完成一个操作。为了简单这里的n可以替换为2,越大的数据会使问题看起来更复杂。通过避免Java中的死锁来得到关于死锁的更多信息。

 
  1. /**

  2. * 简单死锁程序

  3. * lockA、lockB分别是两个资源,线程A、B必须同是拿到才能工作

  4. * 但A线程先拿lockA、再拿lockB

  5. * 线程先拿lockB、再拿lockA

  6. * @author xuexiaolei

  7. * @version 2017年11月01日

  8. */

  9. public class SimpleDeadLock {

  10. public static void main(String[] args) {

  11. Object lockA = new Object();

  12. Object lockB = new Object();

  13. A a = new A(lockA, lockB);

  14. B b = new B(lockA, lockB);

  15. a.start();

  16. b.start();

  17. }

  18.  
  19. static class A extends Thread{

  20. private final Object lockA;

  21. private final Object lockB;

  22. A(Object lockA, Object lockB) {

  23. this.lockA = lockA;

  24. this.lockB = lockB;

  25. }

  26.  
  27. @Override public void run() {

  28. synchronized (lockA){

  29. try {

  30. Thread.sleep(1000);

  31. synchronized (lockB){

  32. System.out.println("Hello A");

  33. }

  34. } catch (InterruptedException e) {

  35. e.printStackTrace();

  36. }

  37. }

  38. }

  39. }

  40.  
  41. static class B extends Thread{

  42. private final Object lockA;

  43. private final Object lockB;

  44. B(Object lockA, Object lockB) {

  45. this.lockA = lockA;

  46. this.lockB = lockB;

  47. }

  48.  
  49. @Override public void run() {

  50. synchronized (lockB){

  51. try {

  52. Thread.sleep(1000);

  53. synchronized (lockA){

  54. System.out.println("Hello B");

  55. }

  56. } catch (InterruptedException e) {

  57. e.printStackTrace();

  58. }

  59. }

  60. }

  61. }

  62. }

产生死锁的四个必要条件: 
- 互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用。 
- 请求与保持条件:一个进程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放。 
- 不剥夺条件:进程已获得的资源,在末使用完之前,不能强行剥夺。 
- 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

如何避免死锁? 
- 从死锁的四个必要条件来看,破坏其中的任意一个条件就可以避免死锁。但互斥条件是由资源本身决定的,不剥夺条件一般无法破坏,要实现的话得自己写更多的逻辑。 
- 避免无限期的等待:用Lock.tryLock(),wait/notify等方法写出请求一定时间后,放弃已经拥有的锁的程序。 
- 注意锁的顺序:以固定的顺序获取锁,可以避免死锁。 
- 开放调用:即只对有请求的进行封锁。你应当只想你要运行的资源获取封锁,比如在上述程序中我在封锁的完全的对象资源。但是如果我们只对它所属领域中的一个感兴趣,那我们应当封锁住那个特殊的领域而并非完全的对象。 
- 最后,如果能避免使用多个锁,甚至写出无锁的线程安全程序是再好不过了。

什么是原子操作,Java中的原子操作是什么?

非常简单的java线程面试问题,接下来的问题是你是否需要同步一个原子操作。

原子操作是不可分割的操作,一个原子操作中间是不会被其他线程打断的,所以不需要同步一个原子操作。 
多个原子操作合并起来后就不是一个原子操作了,就需要同步了。 
i++不是一个原子操作,它包含 读取-修改-写入 操作,在多线程状态下是不安全的。 
另外,java内存模型允许将64位的读操作或写操作分解为2个32位的操作,所以对long和double类型的单次读写操作并不是原子的,注意使用volitile使他们成为原子操作。

Java中的volatile关键是什么作用?怎样使用它?在Java中它跟synchronized方法有什么不同?

自从Java 5和Java内存模型改变以后,基于volatile关键字的线程问题越来越流行。应该准备好回答关于volatile变量怎样在并发环境中确保可见性。

volatile关键字的作用是:保证变量的可见性。 
在java内存结构中,每个线程都是有自己独立的内存空间(此处指的线程栈)。当需要对一个共享变量操作时,线程会将这个数据从主存空间复制到自己的独立空间内进行操作,然后在某个时刻将修改后的值刷新到主存空间。这个中间时间就会发生许多奇奇怪怪的线程安全问题了,volatile就出来了,它保证读取数据时只从主存空间读取,修改数据直接修改到主存空间中去,这样就保证了这个变量对多个操作线程的可见性了。换句话说,被volatile修饰的变量,能保证该变量的 单次读或者单次写 操作是原子的。

但是线程安全是两方面需要的 原子性(指的是多条操作)和可见性。volatile只能保证可见性,synchronized是两个均保证的。 
volatile轻量级,只能修饰变量;synchronized重量级,还可修饰方法。 
volatile不会造成线程的阻塞,而synchronized可能会造成线程的阻塞。

什么是竞争条件(race condition)?你怎样发现和解决的?

这是一道出现在多线程面试的高级阶段的问题。大多数的面试官会问最近你遇到的竞争条件,以及你是怎么解决的。有些时间他们会写简单的代码,然后让你检测出代码的竞争条件。可以参考我之前发布的关于Java竞争条件的文章。在我看来这是最好的java线程面试问题之一,它可以确切的检测候选者解决竞争条件的经验。关于这方面最好的书是《java并发编程实战》。

竞争条件,在《java并发编程实战》叫做竞态条件:指设备或系统出现不恰当的执行时序,而得到不正确的结果。

下面是个最简单的例子,是一个单例模式实现的错误示范:

 
  1. @NotThreadSafe

  2. public class LazyInitRace {

  3. private ExpensiveObject instance = null;

  4.  
  5. public ExpensiveObject getInstance() {

  6. if (instance == null)

  7. instance = new ExpensiveObject();

  8. return instance;

  9. }

  10. }

在上述例子中,表现一种很常见的竞态条件类型:“先检查后执行”。根据某个检查结果来执行进一步的操作,但很有可能这个检查结果是失效的!还有很常见的竞态条件“读取-修改-写入”三连,在多线程条件下,三个小操作并不一定会放在一起执行的。

如何对待竞态条件? 
首先,警惕复合操作,当多个原子操作合在一起的时候,并不一定仍然是一个原子操作,此时需要用同步的手段来保证原子性。 
另外,使用本身是线程安全的类,这样在很大程度上避免了未知的风险。

你将如何使用thread dump?你将如何分析Thread dump?

在UNIX中你可以使用kill -3,然后thread dump将会打印日志,在windows中你可以使用”CTRL+Break”。非常简单和专业的线程面试问题,但是如果他问你怎样分析它,就会很棘手。

SIGQUIT(kill -3 pid)用来打印Java进程trace,并不会影响程序运行,不用担心他把程序杀死了;SIGUSR1(kill -10 pid)可触发进程进行一次强制GC。

java线程的状态转换介绍

后续分析要用到,所以此处穿插一下这个点: 

  • 新建状态(New) 
    用new语句创建的线程处于新建状态,此时它和其他Java对象一样,仅仅在堆区中被分配了内存。
  • 就绪状态(Runnable) 
    当一个线程对象创建后,其他线程调用它的start()方法,该线程就进入就绪状态,Java虚拟机会为它创建方法调用栈和程序计数器。处于这个状态的线程位于可运行池中,等待获得CPU的使用权。
  • 运行状态(Running) 
    处于这个状态的线程占用CPU,执行程序代码。只有处于就绪状态的线程才有机会转到运行状态。
  • 阻塞状态(Blocked) 
    阻塞状态是指线程因为某些原因放弃CPU,暂时停止运行。当线程处于阻塞状态时,Java虚拟机不会给线程分配CPU。直到线程重新进入就绪状态,它才有机会转到运行状态。 
    阻塞状态可分为以下3种: 
      位于对象等待池中的阻塞状态(Blocked in object’s wait pool):当线程处于运行状态时,如果执行了某个对象的wait()方法,Java虚拟机就会把线程放到这个对象的等待池中,这涉及到“线程通信”的内容。
    1. 位于对象锁池中的阻塞状态(Blocked in object’s lock pool):当线程处于运行状态时,试图获得某个对象的同步锁时,如果该对象的同步锁已经被其他线程占用,Java虚拟机就会把这个线程放到这个对象的锁池中,这涉及到“线程同步”的内容。
    2. 其他阻塞状态(Otherwise Blocked):当前线程执行了sleep()方法,或者调用了其他线程的join()方法,或者发出了I/O请求时,就会进入这个状态。
  • 死亡状态(Dead) 
    当线程退出run()方法时,就进入死亡状态,该线程结束生命周期。

我们运行之前的那个死锁代码SimpleDeadLock.java,然后尝试输出信息(/*这是注释,作者自己加的*/):

 
  1. /* 时间,jvm信息 */

  2. 2017-11-01 17:36:28

  3. Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.144-b01 mixed mode):

  4.  
  5. /* 线程名称:DestroyJavaVM

  6. 编号:#13

  7. 优先级:5

  8. 系统优先级:0

  9. jvm内部线程id:0x0000000001c88800

  10. 对应系统线程id(NativeThread ID):0x1c18

  11. 线程状态: waiting on condition [0x0000000000000000] (等待某个条件)

  12. 线程详细状态:java.lang.Thread.State: RUNNABLE 及之后所有*/

  13. "DestroyJavaVM" #13 prio=5 os_prio=0 tid=0x0000000001c88800 nid=0x1c18 waiting on condition [0x0000000000000000]

  14. java.lang.Thread.State: RUNNABLE

  15.  
  16. "Thread-1" #12 prio=5 os_prio=0 tid=0x0000000018d49000 nid=0x17b8 waiting for monitor entry [0x0000000019d7f000]

  17. /* 线程状态:阻塞(在对象同步上)

  18. 代码位置:at com.leo.interview.SimpleDeadLock$B.run(SimpleDeadLock.java:56)

  19. 等待锁:0x00000000d629b4d8

  20. 已经获得锁:0x00000000d629b4e8*/

  21. java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)

  22. at com.leo.interview.SimpleDeadLock$B.run(SimpleDeadLock.java:56)

  23. - waiting to lock <0x00000000d629b4d8> (a java.lang.Object)

  24. - locked <0x00000000d629b4e8> (a java.lang.Object)

  25.  
  26. "Thread-0" #11 prio=5 os_prio=0 tid=0x0000000018d44000 nid=0x1ebc waiting for monitor entry [0x000000001907f000]

  27. java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)

  28. at com.leo.interview.SimpleDeadLock$A.run(SimpleDeadLock.java:34)

  29. - waiting to lock <0x00000000d629b4e8> (a java.lang.Object)

  30. - locked <0x00000000d629b4d8> (a java.lang.Object)

  31.  
  32. "Service Thread" #10 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x0000000018ca5000 nid=0x1264 runnable [0x0000000000000000]

  33. java.lang.Thread.State: RUNNABLE

  34.  
  35. "C1 CompilerThread2" #9 daemon prio=9 os_prio=2 tid=0x0000000018c46000 nid=0xb8c waiting on condition [0x0000000000000000]

  36. java.lang.Thread.State: RUNNABLE

  37.  
  38. "C2 CompilerThread1" #8 daemon prio=9 os_prio=2 tid=0x0000000018be4800 nid=0x1db4 waiting on condition [0x0000000000000000]

  39. java.lang.Thread.State: RUNNABLE

  40.  
  41. "C2 CompilerThread0" #7 daemon prio=9 os_prio=2 tid=0x0000000018be3800 nid=0x810 waiting on condition [0x0000000000000000]

  42. java.lang.Thread.State: RUNNABLE

  43.  
  44. "Monitor Ctrl-Break" #6 daemon prio=5 os_prio=0 tid=0x0000000018bcc800 nid=0x1c24 runnable [0x00000000193ce000]

  45. java.lang.Thread.State: RUNNABLE

  46. at java.net.SocketInputStream.socketRead0(Native Method)

  47. at java.net.SocketInputStream.socketRead(SocketInputStream.java:116)

  48. at java.net.SocketInputStream.read(SocketInputStream.java:171)

  49. at java.net.SocketInputStream.read(SocketInputStream.java:141)

  50. at sun.nio.cs.StreamDecoder.readBytes(StreamDecoder.java:284)

  51. at sun.nio.cs.StreamDecoder.implRead(StreamDecoder.java:326)

  52. at sun.nio.cs.StreamDecoder.read(StreamDecoder.java:178)

  53. - locked <0x00000000d632b928> (a java.io.InputStreamReader)

  54. at java.io.InputStreamReader.read(InputStreamReader.java:184)

  55. at java.io.BufferedReader.fill(BufferedReader.java:161)

  56. at java.io.BufferedReader.readLine(BufferedReader.java:324)

  57. - locked <0x00000000d632b928> (a java.io.InputStreamReader)

  58. at java.io.BufferedReader.readLine(BufferedReader.java:389)

  59. at com.intellij.rt.execution.application.AppMainV2$1.run(AppMainV2.java:64)

  60.  
  61. "Attach Listener" #5 daemon prio=5 os_prio=2 tid=0x0000000017781800 nid=0x524 runnable [0x0000000000000000]

  62. java.lang.Thread.State: RUNNABLE

  63.  
  64. "Signal Dispatcher" #4 daemon prio=9 os_prio=2 tid=0x000000001778f800 nid=0x1b08 waiting on condition [0x0000000000000000]

  65. java.lang.Thread.State: RUNNABLE

  66.  
  67. "Finalizer" #3 daemon prio=8 os_prio=1 tid=0x000000001776a800 nid=0xdac in Object.wait() [0x0000000018b6f000]

  68. java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)

  69. at java.lang.Object.wait(Native Method)

  70. - waiting on <0x00000000d6108ec8> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)

  71. at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:143)

  72. - locked <0x00000000d6108ec8> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)

  73. at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:164)

  74. at java.lang.ref.Finalizer$FinalizerThread.run(Finalizer.java:209)

  75.  
  76. "Reference Handler" #2 daemon prio=10 os_prio=2 tid=0x0000000017723800 nid=0x1670 in Object.wait() [0x00000000189ef000]

  77. java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)

  78. at java.lang.Object.wait(Native Method)

  79. - waiting on <0x00000000d6106b68> (a java.lang.ref.Reference$Lock)

  80. at java.lang.Object.wait(Object.java:502)

  81. at java.lang.ref.Reference.tryHandlePending(Reference.java:191)

  82. - locked <0x00000000d6106b68> (a java.lang.ref.Reference$Lock)

  83. at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(Reference.java:153)

  84.  
  85. "VM Thread" os_prio=2 tid=0x000000001771b800 nid=0x604 runnable

  86.  
  87. "GC task thread#0 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x0000000001c9d800 nid=0x9f0 runnable

  88.  
  89. "GC task thread#1 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x0000000001c9f000 nid=0x154c runnable

  90.  
  91. "GC task thread#2 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x0000000001ca0800 nid=0xcd0 runnable

  92.  
  93. "GC task thread#3 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x0000000001ca2000 nid=0x1e58 runnable

  94.  
  95. "VM Periodic Task Thread" os_prio=2 tid=0x0000000018c5a000 nid=0x1b58 waiting on condition

  96.  
  97. JNI global references: 33

  98.  
  99.  
  100. /* 此处可以看待死锁的相关信息! */

  101. Found one Java-level deadlock:

  102. =============================

  103. "Thread-1":

  104. waiting to lock monitor 0x0000000017729fc8 (object 0x00000000d629b4d8, a java.lang.Object),

  105. which is held by "Thread-0"

  106. "Thread-0":

  107. waiting to lock monitor 0x0000000017727738 (object 0x00000000d629b4e8, a java.lang.Object),

  108. which is held by "Thread-1"

  109.  
  110. Java stack information for the threads listed above:

  111. ===================================================

  112. "Thread-1":

  113. at com.leo.interview.SimpleDeadLock$B.run(SimpleDeadLock.java:56)

  114. - waiting to lock <0x00000000d629b4d8> (a java.lang.Object)

  115. - locked <0x00000000d629b4e8> (a java.lang.Object)

  116. "Thread-0":

  117. at com.leo.interview.SimpleDeadLock$A.run(SimpleDeadLock.java:34)

  118. - waiting to lock <0x00000000d629b4e8> (a java.lang.Object)

  119. - locked <0x00000000d629b4d8> (a java.lang.Object)

  120.  
  121. Found 1 deadlock.

  122.  
  123. /* 内存使用状况,详情得看JVM方面的书 */

  124. Heap

  125. PSYoungGen total 37888K, used 4590K [0x00000000d6100000, 0x00000000d8b00000, 0x0000000100000000)

  126. eden space 32768K, 14% used [0x00000000d6100000,0x00000000d657b968,0x00000000d8100000)

  127. from space 5120K, 0% used [0x00000000d8600000,0x00000000d8600000,0x00000000d8b00000)

  128. to space 5120K, 0% used [0x00000000d8100000,0x00000000d8100000,0x00000000d8600000)

  129. ParOldGen total 86016K, used 0K [0x0000000082200000, 0x0000000087600000, 0x00000000d6100000)

  130. object space 86016K, 0% used [0x0000000082200000,0x0000000082200000,0x0000000087600000)

  131. Metaspace used 3474K, capacity 4500K, committed 4864K, reserved 1056768K

  132. class space used 382K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

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?

这是另一个非常经典的java多线程面试问题。这也是我刚开始写线程程序时候的困惑。现在这个问题通常在电话面试或者是在初中级Java面试的第一轮被问到。这个问题的回答应该是这样的,当你调用start()方法时你将创建新的线程,并且执行在run()方法里的代码。但是如果你直接调用run()方法,它不会创建新的线程也不会执行调用线程的代码。

简单点来说: 
new一个Thread,线程进入了新建状态;调用start()方法,线程进入了就绪状态,当分配到时间片后就可以开始运行了。 
start()会执行线程的相应准备工作,然后自动执行run()方法的内容。是真正的多线程工作。 
而直接执行run()方法,会把run方法当成一个mian线程下的普通方法去执行,并不会在某个线程中执行它,这并不是多线程工作。

Java中你怎样唤醒一个阻塞的线程?

这是个关于线程和阻塞的棘手的问题,它有很多解决方法。如果线程遇到了IO阻塞,我并且不认为有一种方法可以中止线程。如果线程因为调用wait()、sleep()、或者join()方法而导致的阻塞,你可以中断线程,并且通过抛出InterruptedException来唤醒它。我之前写的《How to deal with blocking methods in java》有很多关于处理线程阻塞的信息。

这个我们先简单粗暴地对某些阻塞方法进行分类: 
- 会抛出InterruptedException的方法:wait、sleep、join、Lock.lockInterruptibly等,针对这类方法,我们在线程内部处理好异常(要不完全内部处理,要不把这个异常抛出去),然后就可以实现唤醒。 
- 不会抛InterruptedException的方法:Socket的I/O,同步I/O,Lock.lock等。对于I/O类型,我们可以关闭他们底层的通道,比如Socket的I/O,关闭底层套接字,然后抛出异常处理就好了;比如同步I/O,关闭底层Channel然后处理异常。对于Lock.lock方法,我们可以改造成Lock.lockInterruptibly方法去实现。

在Java中CycliBarriar和CountdownLatch有什么区别?

这个线程问题主要用来检测你是否熟悉JDK5中的并发包。这两个的区别是CyclicBarrier可以重复使用已经通过的障碍,而CountdownLatch不能重复使用。

还要注意一点的区别: 
CountDownLatch : 一个线程(或者多个), 等待另外N个线程完成某个事情之后才能执行。 
CyclicBarrier : N个线程相互等待,任何一个线程完成之前,所有的线程都必须等待。 
这样应该就清楚一点了,对于CountDownLatch来说,重点是那个“一个线程”, 是它在等待,而另外那N的线程在把“某个事情”做完之后可以继续等待,可以终止。而对于CyclicBarrier来说,重点是那N个线程,他们之间任何一个没有完成,所有的线程都必须等待。 
从api上理解就是CountdownLatch有主要配合使用两个方法countDown()和await(),countDown()是做事的线程用的方法,await()是等待事情完成的线程用个方法,这两种线程是可以分开的(下面例子:CountdownLatchTest2),当然也可以是同一组线程(下面例子:CountdownLatchTest);CyclicBarrier只有一个方法await(),指的是做事线程必须大家同时等待,必须是同一组线程的工作。

CountdownLatch例子:

 
  1. import java.util.concurrent.CountDownLatch;

  2. import java.util.concurrent.ExecutorService;

  3. import java.util.concurrent.Executors;

  4.  
  5. /**

  6. * 线程都准备完成后一起执行的例子

  7. * @author xuexiaolei

  8. * @version 2017年11月02日

  9. */

  10. public class CountdownLatchTest {

  11. private final static int THREAD_NUM = 10;

  12. public static void main(String[] args) {

  13. CountDownLatch lock = new CountDownLatch(THREAD_NUM);

  14. ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();

  15. for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i++) {

  16. exec.submit(new CountdownLatchTask(lock, "Thread-"+i));

  17. }

  18. exec.shutdown();

  19. }

  20.  
  21. static class CountdownLatchTask implements Runnable{

  22. private final CountDownLatch lock;

  23. private final String threadName;

  24. CountdownLatchTask(CountDownLatch lock, String threadName) {

  25. this.lock = lock;

  26. this.threadName = threadName;

  27. }

  28. @Override public void run() {

  29. //循环多次是为了证明,CountdownLatch只会阻挡一次

  30. for (int i = 0; i < 3; i++) {

  31. System.out.println(threadName + " 准备完成");

  32. lock.countDown();

  33. try {

  34. lock.await();

  35. } catch (InterruptedException e) {

  36. e.printStackTrace();

  37. }

  38. System.out.println(threadName + " 执行完成");

  39. }

  40.  
  41. }

  42. }

  43. }

  •  
  1. import java.util.concurrent.CountDownLatch;

  2. import java.util.concurrent.ExecutorService;

  3. import java.util.concurrent.Executors;

  4.  
  5. /**

  6. * 各个线程执行完成后,主线程做总结性工作的例子

  7. * @author xuexiaolei

  8. * @version 2017年11月02日

  9. */

  10. public class CountdownLatchTest2 {

  11. private final static int THREAD_NUM = 10;

  12. public static void main(String[] args) {

  13. CountDownLatch lock = new CountDownLatch(THREAD_NUM);

  14. ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();

  15. for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i++) {

  16. exec.submit(new CountdownLatchTask(lock, "Thread-"+i));

  17. }

  18. try {

  19. lock.await();

  20. } catch (InterruptedException e) {

  21. e.printStackTrace();

  22. }

  23. System.out.println("大家都执行完成了,做总结性工作");

  24. exec.shutdown();

  25. }

  26.  
  27. static class CountdownLatchTask implements Runnable{

  28. private final CountDownLatch lock;

  29. private final String threadName;

  30. CountdownLatchTask(CountDownLatch lock, String threadName) {

  31. this.lock = lock;

  32. this.threadName = threadName;

  33. }

  34. @Override public void run() {

  35. System.out.println(threadName + " 执行完成");

  36. lock.countDown();

  37. }

  38. }

  39. }

CyclicBarrier例子:

 
  1. import java.util.concurrent.*;

  2.  
  3. /**

  4. *

  5. * @author xuexiaolei

  6. * @version 2017年11月02日

  7. */

  8. public class CyclicBarrierTest {

  9. private final static int THREAD_NUM = 10;

  10. public static void main(String[] args) {

  11. CyclicBarrier lock = new CyclicBarrier(THREAD_NUM, new Runnable() {

  12. @Override public void run() {

  13. System.out.println("大家都准备完成了");

  14. }

  15. });

  16. ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();

  17. for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i++) {

  18. exec.submit(new CountdownLatchTask(lock, "Thread-"+i));

  19. }

  20. exec.shutdown();

  21. }

  22.  
  23. static class CountdownLatchTask implements Runnable{

  24. private final CyclicBarrier lock;

  25. private final String threadName;

  26. CountdownLatchTask(CyclicBarrier lock, String threadName) {

  27. this.lock = lock;

  28. this.threadName = threadName;

  29. }

  30. @Override public void run() {

  31. for (int i = 0; i < 3; i++) {

  32. System.out.println(threadName + " 准备完成");

  33. try {

  34. lock.await();

  35. } catch (BrokenBarrierException e) {

  36. e.printStackTrace();

  37. } catch (InterruptedException e) {

  38. e.printStackTrace();

  39. }

  40. System.out.println(threadName + " 执行完成");

  41. }

  42.  
  43. }

  44. }

  45. }

什么是不可变对象,它对写并发应用有什么帮助?

另一个多线程经典面试问题,并不直接跟线程有关,但间接帮助很多。这个java面试问题可以变的非常棘手,如果他要求你写一个不可变对象,或者问你为什么String是不可变的。

immutable Objects(不可变对象)就是那些一旦被创建,它们的状态就不能被改变的Objects,每次对他们的改变都是产生了新的immutable的对象,而mutable Objects(可变对象)就是那些创建后,状态可以被改变的Objects.

如何在Java中写出Immutable的类? 
1. immutable对象的状态在创建之后就不能发生改变,任何对它的改变都应该产生一个新的对象。 
2. immutable类的所有的属性都应该是final的。 
3. 对象必须被正确的创建,比如:对象引用在对象创建过程中不能泄露(leak)。 
4. 对象应该是final的,以此来限制子类继承父类,以避免子类改变了父类的immutable特性。 
5. 如果类中包含mutable类对象,那么返回给客户端的时候,返回该对象的一个拷贝,而不是该对象本身(该条可以归为第一条中的一个特例)

使用Immutable类的好处: 
1. Immutable对象是线程安全的,可以不用被synchronize就在并发环境中共享 
2.Immutable对象简化了程序开发,因为它无需使用额外的锁机制就可以在线程间共享 
3. Immutable对象提高了程序的性能,因为它减少了synchroinzed的使用 
4. Immutable对象是可以被重复使用的,你可以将它们缓存起来重复使用,就像字符串字面量和整型数字一样。你可以使用静态工厂方法来提供类似于valueOf()这样的方法,它可以从缓存中返回一个已经存在的Immutable对象,而不是重新创建一个。

 
  1. /**

  2. * 不可变对象

  3. * @author xuexiaolei

  4. * @version 2017年11月03日

  5. */

  6. public class ImmutableObjectPerson {

  7. private final String name;

  8. private final String sex;

  9.  
  10. public ImmutableObjectPerson(String name, String sex) {

  11. this.name = name;

  12. this.sex = sex;

  13. }

  14.  
  15. public String getName() {

  16. return name;

  17. }

  18. public String getSex() {

  19. return sex;

  20. }

  21. }

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?

多线程和并发程序中常遇到的有Memory-interface、竞争条件、死锁、活锁和饥饿。问题是没有止境的,如果你弄错了,将很难发现和调试。这是大多数基于面试的,而不是基于实际应用的Java线程问题。

此类问题请大家面试的时候提前准备,方便交流,如果实在找不出来,可以想想自己平时解决问题的思路,总结下来告诉考官。

内容来自用户分享和网络整理,不保证内容的准确性,如有侵权内容,可联系管理员处理 点击这里给我发消息
标签: