Java 并发面试系列-03
Java 并发面试系列-03
1. Java Concurrency API 中 Lock 接口是什么？对比同步有什么优势？
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2. Java 中如何唤醒一个阻塞的线程？
如果线程是因调用wait()、sleep()或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。
以下是详细的唤醒方法：
1、sleep()方法
sleep(毫秒)，指定以毫秒为单位的时间，使线程在该时间内进入线程阻塞状态，期间得不到cpu的时间片，等到时间过去了，线程重新进入可执行状态。(暂停线程，不会释放锁)
2、suspend()和resume()方法
挂起和唤醒线程，suspend e()使线程进入阻塞状态，只有对应的resume()被调用的时候，线程才会进入可执行状态。(不建议用，容易发生死锁)
3、yield()方法
会使的线程放弃当前分得的cpu时间片，但此时线程任然处于可执行状态，随时可以再次分得cpu时间片。yield()方法只能使同优先级的线程有执行的机会。调用
yield()的效果等价于调度程序认为该线程已执行了足够的时间从而转到另一个线程。(暂停当前正在执行的线程，并执行其他线程，且让出的时间不可知)
4、wait()和notify()方法
两个方法搭配使用，wait()使线程进入阻塞状态，调用notify()时，线程进入可执行状态。wait()内可加或不加参数，加参数时是以毫秒为单位，当到了指定时间或调用notify()方法时，进入可执行状态。(属于Object类，而不属于Thread类，wait()会先释放锁住的对象，然后再执行等待的动作。由于wait()所等待的对象必须先锁住，因此，它只能用在同步化程序段或者同步化方法内，否则，会抛出异常IllegalMonitorStateException.)
5、join()方法
也叫线程加入。是当前线程A调用另一个线程B的join()方法，当前线程转A入阻塞状态，直到线程B运行结束，线程A才由阻塞状态转为可执行状态。
以上是Java线程唤醒和阻塞的五种常用方法，不同的方法有不同的特点，其中wait()和notify()是其中功能最强大、使用最灵活的方法，但这也导致了它们效率较低、较容易出错的特性，因此，在实际应用中应灵活运用各种方法，以达到期望的目的与效果。
3. 什么是 Callable 和 Future？
Callable接口类似于Runnable，从名字就可以看出来了，但是Runnable不会返回结果，并且无法抛出返回结果的异常，而Callable功能更强大一些，被线程执行后，可以返回值，这个返回值可以被Future拿到，也就是说，Future可以拿到异步执行任务的返回值。
可以认为是带有回调的Runnable。
Future接口表示异步任务，是还没有完成的任务给出的未来结果。所以说Callable用于产生结果，Future用于获取结果。
4. 什么是FutureTask？
Java并发程序中FutureTask表示一个可以取消的异步运算。
FutureTask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。
一个FutureTask对象可以对调用了Callable和Runnable的对象进行包装，由于FutureTask也是调用了Runnable接口所以它可以提交给Executor来执行。
5. 什么是并发容器的实现？
同步容器：可以简单地理解为通过synchronized来实现同步的容器，如果有多个线程调用同步容器的方法，它们将会串行执行。比如Vector，Hashtable，以及Collections.synchronizedSet，synchronizedList等方法返回的容器。
可以通过查看Vector，Hashtable等这些同步容器的实现代码，可以看到这些容器实现线程安全的方式就是将它们的状态封装起来，并在需要同步的方法上加上关键字synchronized。
并发容器使用了与同步容器完全不同的加锁策略来提供更高的并发性和伸缩性，例如在ConcurrentHashMap中采用了一种粒度更细的加锁机制，可以称为分段锁，在这种锁机制下，允许任意数量的读线程并发地访问map，并且执行读操作的线程和写操作的线程也可以并发的访问map，同时允许一定数量的写操作线程并发地修改map，所以它可以在并发环境下实现更高的吞吐量。
6. 多线程同步和互斥有几种实现方法？
线程同步是指线程之间所具有的一种制约关系，一个线程的执行依赖另一个线程的消息，当它没有得到另一个线程的消息时应等待，直到消息到达时才被唤醒。
线程互斥是指对于共享的进程系统资源，在各单个线程访问时的排它性。当有若干个线程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多只允许一个线程去使用，其它要使用该资源的线程必须等待，直到占用资源者释放该资源。线程互斥可以看成是一种特殊的线程同步。
线程间的同步方法大体可分为两类：用户模式和内核模式。顾名思义，内核模式就是指利用系统内核对象的单一性来进行同步，使用时需要切换内核态与用户态，而用户模式就是不需要切换到内核态，只在用户态完成操作。
用户模式下的方法有：原子操作（例如一个单一的全局变量），临界区。内核模式下的方法有：事件，信号量，互斥量。
7. 什么是竞争条件？如何发现和解决竞争？
当多个进程都在企图对共享数据进行某种处理操作，而最后的结果又取决于进程运行的顺序时，则认为发生了竞争条件（race condition）。
如果在一个线程对数据进行操作时，禁止另外一个线程操作此数据，就可以很好的解决上述发生的问题，也就是给线程加锁。
8. 为什么调用start()方法时需执行run()方法？
当程序调用start()方法时将创建新的线程且执行在run()方法中的代码。
如果直接调用run()方法，它不会创建新的线程也不会执行调用线程的代码，只会把run方法当作普通方法去执行。
9. Java 中 CycliBarriar 和 CountdownLatch 有什么区别？
CyclicBarrier可以重复使用，而CountdownLatch不能重复使用。
Java的concurrent包里面的CountDownLatch其实可以把它看作一个计数器，只不过这个计数器的操作是原子操作，同时只能有一个线程去操作这个计数器，也就是同时只能有一个线程去减这个计数器里面的值。
可以向CountDownLatch对象设置一个初始的数字作为计数值，任何调用这个对象上的await()方法都会阻塞，直到这个计数器的计数值被其他的线程减为0为止。
所以在当前计数到达零之前，await()方法会一直受阻塞。之后，会释放所有等待的线程，await的所有后续调用都将立即返回。这种现象只出现一次——计数无法被重置。如果需要重置计数，请考虑使用 CyclicBarrier。
CountDownLatch的一个非常典型的应用场景是：有一个任务想要往下执行，但必须要等到其他的任务执行完毕后才可以继续往下执行。假如我们这个想要继续往下执行的任务调用一个CountDownLatch对象的await()方法，其他的任务执行完自己的任务后调用同一个CountDownLatch对象上的countDown()方法，这个调用await()方法的任务将一直阻塞等待，直到这个CountDownLatch对象的计数值减到0为止
CyclicBarrier一个同步辅助类，它允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点 (common barrier point)。在涉及一组固定大小的线程的程序中，这些线程必须不时地互相等待，此时 CyclicBarrier 很有用。因为该 barrier 在释放等待线程后可以重用，所以称它为循环 的 barrier。
10. 什么是不可变对象，对写并发应用有什么帮助？
不可变对象（Immutable Objects）即对象一旦被创建它的状态（对象的数据，也即对象属性值）就不能改变，反之即为可变对象（Mutable Objects）。
不可变对象的类即为不可变类（Immutable Class）。Java平台类库中包含许多不可变类，如String、基本类型的包装类、BigInteger和BigDecimal等。
不可变对象天生是线程安全的。它们的常量（域）是在构造函数中创建的。既然它们的状态无法修改，这些常量永远不会变。
不可变对象永远是线程安全的。
只有满足如下状态，一个对象才是不可变的。
1）它的状态不能在创建后再被修改； 2）所有域都是final类型； 3）被正确创建（创建期间没有发生this引用的逸出）。
11. Java 中如何实现多线程之间的通讯和协作？
中断和共享变量。
12. 什么是可重入锁（ReentrantLock）？
举例来说明锁的可重入性
public class UnReentrant{
Lock lock = new Lock();
public void outer(){
lock.lock();
inner();
lock.unlock();
}
public void inner(){
lock.lock();
//do something
lock.unlock();
}
}
outer中调用了inner，outer先锁住了lock，这样inner就不能再获取lock。其实调用outer的线程已经获取了lock锁，但是不能在inner中重复利用已经获取的锁资源，这种锁即称之为 不可重入可重入就意味着：线程可以进入任何一个它已经拥有的锁所同步着的代码块。
synchronized、ReentrantLock都是可重入的锁，可重入锁相对来说简化了并发编程的开发。
13. CopyOnWriteArrayList 可以用于什么应用场景？
CopyOnWriteArrayList(免锁容器)的好处之一是当多个迭代器同时遍历和修改这个列表时，不会抛出ConcurrentModificationException。
在CopyOnWriteArrayList中，写入将导致创建整个底层数组的副本，而源数组将保留在原地，使得复制的数组在被修改时，读取操作可以安全地执行。
1）由于写操作的时候，需要拷贝数组，会消耗内存，如果原数组的内容比较多的情况下，可能导致young gc或者full gc。
2）不能用于实时读的场景，像拷贝数组、新增元素都需要时间，所以调用一个set操作后，读取到数据可能还是旧的,虽然CopyOnWriteArrayList 能做到最终一致性,但是还是没法满足实时性要求；
CopyOnWriteArrayList透露的思想
读写分离，读和写分开 最终一致性 使用另外开辟空间的思路，来解决并发冲突
14. Java 中为什么代码会重排序？
在执行程序时，为了提供性能，处理器和编译器常常会对指令进行重排序，但是不能随意重排序，不是不是想怎么排序就怎么排序，需要满足以下两个条件：
1）在单线程环境下不能改变程序运行的结果； 2）存在数据依赖关系的不允许重排序
需要注意的是：重排序不会影响单线程环境的执行结果，但是会破坏多线程的执行语义。
15. 线程运行时发生异常会造成什么问题？
如果异常没有被捕获发生异常的线程，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。
16. 如何保证两个线程间共享数据？
在两个线程之间共享变量就可以实现共享数据。
一般来说，共享变量要求变量本身是线程安全的，然后在线程内使用的时候，如果有对共享变量的复合操作，那么也得保证复合操作的线程安全性。
17. 什么是 ThreadLocal 变量？
ThreadLocal是一个本地线程副本变量工具类，可以理解为线程的本地变量。
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，各个线程之间的变量互不干扰。
在高并发场景下，实现了线程的数据隔离，是线程独有的，所以本身就是线程安全，特别适用于各个线程依赖多个不同的变量值完成操作的场景。例如，数据库连接、Session管理等。
18. Java 中 interrupted 和 isInterrupted 方法有什么区别？
interrupt
interrupt方法用于中断线程。调用该方法的线程的状态为将被置为”中断”状态。
注意：线程中断仅仅是置线程的中断状态位，不会停止线程。需要用户自己去监视线程的状态为并做处理。支持线程中断的方法（也就是线程中断后会抛出interruptedException的方法）就是在监视线程的中断状态，一旦线程的中断状态被置为“中断状态”，就会抛出中断异常。
interrupted
查询当前线程的中断状态，并且清除原状态。如果一个线程被中断了，第一次调用interrupted则返回true，第二次和后面的就返回false了。
isInterrupted
仅仅是查询当前线程的中断状态。
19. 为什么 wait() 和 notify() 方法要在同步块中调用？
一方面是Java API强制要求这样做，如果不这么做的话，代码就会抛出IllegalMonitorStateException异常。
另外一方面是为了避免wait()和notify()方法之间产生竞争条件。
20. Java 中同步集合与并发集合有什么区别？
同步集合与并发集合都为多线程和并发提供了合适的线程安全的集合，不过并发集合的可扩展性更高。
在Java1.5之前只有同步集合可以使用，但是在多线程并发的时候会导致竞争问题，阻碍了系统的扩展性。
Java5介绍了并发集合像ConcurrentHashMap，不仅提供线程安全还用锁分离和内部分区等现代技术提高了可扩展性。
