Java 多线程 面试题及答案整理，最新面试题
Java中synchronized关键字的工作原理是什么？
synchronized关键字在Java中是用来控制方法或代码块在多线程环境下的同步访问的。其工作原理可以分为以下几点：
1、锁的获取和释放： 当线程进入synchronized标记的方法或代码块时，它会自动获取锁；当线程离开synchronized区域时，无论是由于方法正常结束或是抛出异常，它都会自动释放锁。
2、对象监视器： synchronized关键字依赖于“对象监视器”机制来完成线程间的同步。每个对象都与一个监视器相关联，当synchronized作用于实例方法时，锁定的是执行该方法的对象；当其作用于静态方法时，锁定的是类的Class对象；当其作用于代码块时，锁定的是括号里面的对象。
3、可重入性： Java中的synchronized锁是可重入的。这意味着如果一个Java线程进入了代码中的synchronized方法，并且在该方法中调用了另外一个synchronized方法，则该线程可以直接进入该方法，不会被阻塞。
4、内存可见性： synchronized还可以确保进入synchronized块的每个线程，都能看到由同一个锁保护之前的所有修改效果。
Java中的volatile关键字有什么作用？
volatile关键字在Java中主要用于变量的同步，其核心作用可以概括为两点：
1、保证内存可见性： 当一个变量定义为volatile之后，它会保证对所有线程的可见性。这意味着当一个线程修改了一个volatile变量的值，新值对于其他线程来说是立即可见的。
2、禁止指令重排序： volatile还可以防止指令重排序优化。在没有volatile修饰的多线程程序中，为了提高性能，编译器和处理器可能会对指令进行重排序，但是一旦变量被volatile修饰，就会禁止这种重排序，以确保程序的执行顺序与代码的顺序相同。
虽然volatile可以保证单次读/写的原子性，但它无法保证整个操作的原子性。例如，volatile变量的i++操作无法保证原子性。
解释Java线程池的工作原理及核心组件。
Java线程池的工作原理基于以下几个核心组件和概念：
1、线程池管理器（ThreadPoolExecutor）： 负责创建并管理线程池，包括线程的创建、销毁、任务的分配与执行等。
2、工作队列（Work Queue）： 用于存储待处理的任务。一个线程池中，可能同时有多个线程在执行任务，但是如果任务数量超过了线程数量，额外的任务就会被存储在工作队列中等待执行。
3、线程工厂（Thread Factory）： 用于创建新线程。线程池通过这个工厂类来创建新线程。
4、拒绝策略（Rejection Policy）： 当工作队列满了且线程池中的线程都在忙时，如果还有任务到来就需要采取一定的策略处理这些额外的任务。常见的拒绝策略包括抛出异常、使用调用者所在的线程来运行任务、丢弃任务、丢弃队列中最老的一个任务并尝试提交当前任务等。
线程池工作流程大致为：提交任务->任务先进入工作队列->线程池中的线程从工作队列中取任务执行->任务执行完毕线程不会销毁，而是继续从工作队列中取任务执行。
如何在Java中实现线程之间的通信？
在Java中，线程之间的通信主要依靠以下几种方式：
1、等待/通知机制： 通过Object类的wait()、notify()和notifyAll()方法实现。当一个线程调用共享对象的wait()方法时，它会进入该对象的等待队列，释放所持有的锁。其他线程可以通过调用相同对象的notify()方法（随机唤醒一个等待线程）或notifyAll()方法（唤醒所有等待线程）来通知等待的线程。
2、信号量（Semaphore）： 信号量允许多个线程访问一个资源，但是它可以控制同时访问该资源的线程数量。
3、倒计时门栓（CountDownLatch）： 允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。
4、循环栅栏（CyclicBarrier）： 允许一组线程相互等待，直到所有线程都达到一个共同点，然后这组线程再同时继续执行。
5、管道输入/输出流（PipedInputStream/PipedOutputStream）： 允许在不同线程间通过管道进行数据传输。数据由一个线程写入管道，由另一个线程读出。
通过这些机制，Java中的线程可以有效地进行通信和协调，以完成复杂的并发任务。
Java中如何正确停止一个线程？
在Java中正确停止一个线程的方法主要依赖于线程的协作和状态检查，因为Java不推荐使用Thread.stop()方法来停止线程，因为它是不安全的。正确的做法包括：
1、使用标志位： 设置一个volatile类型的标志位变量，线程执行任务时不断检查这个标志位的值，当标志位表示需要停止时，线程可以安全地清理资源并终止。
2、使用中断： 调用线程的interrupt()方法来请求线程停止。线程中断是一种协作机制，线程需要定期检查自己的中断状态，如果检测到中断请求，就完成必要的资源释放后停止执行。
3、使用Future.cancel()方法： 如果线程是通过ExecutorService提交的，可以通过调用返回的Future对象的cancel(true)方法来请求取消任务。如果任务正在运行，这会尝试中断线程。
4、使用Semaphore或Lock的中断支持： 如果线程在等待锁的过程中需要被停止，可以使用支持中断的锁等待方法（如ReentrantLock.lockInterruptibly()），这样线程在等待锁的过程中可以响应中断请求。
解释ThreadLocal的工作原理及其用途。
ThreadLocal类在Java中提供了线程局部变量，这些变量对于使用同一个变量的每个线程来说都是独立的。ThreadLocal的工作原理和用途如下：
1、工作原理： ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供了一个独立的变量副本，实际上是通过在ThreadLocal对象内部维护一个Map，以线程为键，以线程的局部变量为值，从而实现每个线程都有自己的独立副本。
2、用途： ThreadLocal常用于实现线程安全的数据格式化、线程上下文管理（如用户会话信息）、数据库连接管理等场景。由于每个线程都有自己的变量副本，避免了线程间的数据共享，从而无需进行额外的同步措施。
3、注意事项： 使用ThreadLocal时需要注意内存泄露问题。在长生命周期的应用中，如果ThreadLocal没有被正确地清理，那么由于每个线程都持有一个对应ThreadLocal变量的引用，这可能导致内存泄露。
Java并发包中的ConcurrentHashMap是如何工作的？
ConcurrentHashMap是Java并发包提供的一个线程安全的哈希表实现。其工作原理可以概括为：
1、分段锁技术： 在ConcurrentHashMap的早期版本中，使用分段锁（Segment）技术，将数据分为若干段，每一段独立加锁，从而实现高效的并发控制。这样，当多个线程访问不同段的数据时，可以同时进行，极大提高了并发访问效率。
2、CAS操作和synchronized： 在Java 8及以后的版本中，ConcurrentHashMap放弃了分段锁，改为使用CAS操作（Compare-And-Swap）和synchronized来保证线程安全。数据结构上，使用了节点数组+链表+红黑树的组合，当链表长度超过一定阈值时会转换为红黑树，以优化搜索效率。
3、数据结构优化： ConcurrentHashMap通过将链表转换为红黑树，优化了在高冲突环境下的查询效率，同时保持了高并发访问的性能。
简述synchronized和ReentrantLock的区别。
synchronized和ReentrantLock都是Java中提供的同步机制，但它们之间存在几个主要的区别：
1、锁的实现方式： synchronized是Java内置的关键字，提供了一种隐式的锁机制，由JVM来管理；而ReentrantLock是Java并发包java.util.concurrent.locks中提供的一个类，提供了更灵活的锁操作，需要通过代码来手动加锁和解锁。
2、功能丰富性： ReentrantLock提供了比synchronized更丰富的功能，如可中断的锁获取操作、公平锁、锁绑定多个条件等，这使得ReentrantLock在复杂的并发控制场景中更加灵活。
3、性能差异： 在Java 6及以后的版本中，synchronized的执行效率得到了显著提升，与ReentrantLock在不同情况下的性能差异不是很大。但是，在某些特定的场景下，ReentrantLock的高级功能使它成为更好的选择。
4、锁的公平性： ReentrantLock可以指定是公平锁还是非公平锁，而synchronized只能实现非公平锁。
使用synchronized和ReentrantLock应根据具体场景选择最适合的同步机制。
Java线程状态及其转换条件是什么？
Java线程在其生命周期内可以处于以下几种状态，以及相应的转换条件：
1、新建（New）： 线程刚被创建，但还没有调用**start()**方法。
2、可运行（Runnable）： 线程调用了**start()**方法，可能正在运行也可能正在等待CPU分配时间片。可运行状态包括就绪和运行两种状态。
3、阻塞（Blocked）： 线程因为试图访问一个被其他线程锁定的区段而被阻塞。
4、等待（Waiting）： 线程因为调用了Object.wait()、**Thread.join()或LockSupport.park()**方法而处于等待状态。等待状态的线程需要其他线程显式地唤醒。
5、计时等待（Timed Waiting）： 线程调用了带有超时参数的sleep()、wait()、join()或LockSupport.parkNanos()、**LockSupport.parkUntil()**方法后，处于计时等待状态，直到超时或被唤醒。
6、终止（Terminated）： 线程的**run()方法执行完毕或者因异常退出了run()**方法，线程终止。
线程状态的转换主要由线程自身的操作、其他线程的操作以及操作系统资源调度等因素决定。
描述Java中的synchronized和volatile的区别。
synchronized和volatile是Java中用于并发编程的两个关键字，它们的主要区别如下：
1、同步机制： synchronized是一种同步锁机制，它可以用来控制对共享资源的互斥访问；而volatile是一种轻量级的同步策略，主要用于确保变量的内存可见性，不能保证复合操作的原子性。
2、应用场景： synchronized适用于访问同步代码块和方法时，需要多个操作作为原子操作完成的场景；volatile适合作为状态标记量，或者在变量的写操作不依赖于当前值，且保证只有单一线程更新变量的情况下使用。
3、性能开销： synchronized因为涉及到锁的获取和释放，其性能开销相对较大；volatile虽然可以减少同步的开销，但是过度依赖volatile可能会引入可见性和顺序性问题，而不是锁的竞争。
4、功能： synchronized不仅可以保证操作的原子性和内存可见性，还可以实现线程间的同步；而volatile只能保证变量修改的内存可见性，不能保证复合操作的原子性。
解释Java的happens-before原则。
Java的happens-before原则是Java内存模型（JMM）中的一个关键概念，用于确定多线程环境中内存操作的顺序性，以确保程序的正确性。happens-before原则主要包含以下规则：
1、程序顺序规则： 在同一个线程中，按照程序控制流顺序，前一个操作happens-before于后续的任何操作。
2、监视器锁规则： 对一个锁的解锁happens-before于随后对这个锁的加锁。
3、volatile变量规则： 对volatile字段的写操作happens-before于任何后续对这个变量的读操作。
4、传递性： 如果操作A happens-before操作B，且操作B happens-before操作C，则操作A happens-before操作C。
5、线程启动规则： Thread对象的start()方法happens-before于此线程的每一个动作。
6、线程终止规则： 线程中的所有操作都happens-before于对此线程的终结检测，如Thread.join()方法或Thread.isAlive()的返回值检查。
happens-before原则为开发者提供了一种判断数据竞争和内存可见性问题的方法，是编写线程安全程序的重要基础。
如何使用wait()和notify()方法在Java中实现两个线程的交替执行？
在Java中，可以通过Object类的**wait()和notify()**方法实现两个线程的交替执行。这里是一个简单的示例：
假设有两个线程，线程A和线程B，我们希望它们在同一个对象锁上交替执行。
public class SharedObject {
// 一个标志位，用来指示哪个线程执行
private boolean flag = true;
public synchronized void a() throws InterruptedException {
while (!flag) {
wait();
}
// 线程A的任务代码
System.out.println("A");
flag = false;
notify();
}
public synchronized void b() throws InterruptedException {
while (flag) {
wait();
}
// 线程B的任务代码
System.out.println("B");
flag = true;
notify();
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
SharedObject sharedObject = new SharedObject();
new Thread(() -> {
try {
while (true) {
sharedObject.a();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
new Thread(() -> {
try {
while (true) {
sharedObject.b();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}
}
在这个示例中，SharedObject类有两个同步方法：a()和b()。每个方法在执行前都会检查flag的值，如果不满足执行条件，则调用wait()方法等待；执行后，更改flag的值，并调用**notify()**唤醒另外一个等待的线程。这样，两个线程可以在共享对象上交替执行。
Java中如何实现线程的并发安全？
在Java中实现线程的并发安全主要依赖于同步机制和并发工具类。以下是几种常见的实现方式：
1、synchronized关键字： 是最基本的线程同步机制，可以确保同时只有一个线程可以执行某个方法或代码块的内容。它可以用于方法或特定代码块上，通过对象监视器来实现同步。
2、volatile关键字： 能够保证多线程环境下变量的可见性，避免指令重排序，但它不能保证复合操作的原子性。
3、Lock接口及其实现类（如ReentrantLock）： 提供了比synchronized更灵活的线程同步机制。通过显式地锁定和解锁，可以提供更丰富的功能，如尝试非阻塞地获取锁、可中断的锁获取等。
4、并发集合类： 如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等，这些集合类在内部实现了特殊的机制来保证集合的并发安全性。
5、原子变量类： 在java.util.concurrent.atomic包中提供了一系列原子变量类，如AtomicInteger、AtomicReference等，它们利用CAS（比较并交换）操作来保证变量操作的原子性。
解释Java内存模型（JMM）及其对多线程编程的重要性。
Java内存模型（JMM）是一种抽象的概念，主要用于定义多线程环境中变量的访问规则，以及如何和何时可以看到其他线程对共享变量的修改。JMM对多线程编程的重要性体现在以下几个方面：
1、可见性： JMM通过内存屏障和happens-before原则来保证一个线程对共享变量的修改对其他线程是可见的。
2、原子性： JMM确保了对基本变量（除了long和double之外的非volatile类型变量）的读取和写入是原子性操作。
3、有序性： 在JMM中，有序性是通过happens-before原则来保证的，避免了编译器或处理器的优化操作导致程序执行顺序与代码顺序不一致的情况。
JMM对于编写正确的并发程序至关重要，它为开发者提供了一套规则和保证，确保并发环境下程序的正确性和性能。
讨论Java中的死锁及其解决方法。
死锁是多线程编程中一个常见的问题，当多个线程相互等待对方释放锁时，就会发生死锁。Java中死锁的解决方法包括：
1、避免嵌套锁： 尽量避免一个线程同时获取多个锁。
2、锁排序： 确保所有线程获取锁的顺序一致，这样可以避免循环等待的发生。
3、使用定时锁： 使用tryLock()方法尝试获取锁，这个方法可以指定一个超时时间，超过时间未能获取到锁，则放弃，从而避免死锁。
4、使用Lock接口及其实现类： 相比于synchronized，Lock接口提供了更加灵活的锁操作，可以中断正在等待锁的线程，避免死锁。
5、检测与恢复： 在系统设计中引入死锁检测机制，一旦检测到死锁，就通过某种方式打破死锁，比如撤销或回滚某些操作。
解释什么是线程饥饿，以及如何防止线程饥饿发生？
线程饥饿是指在多线程编程中，由于某些线程长时间无法访问必需的资源而无法继续执行的现象。防止线程饥饿发生的方法包括：