Java 多线程并发编程面试笔录一览

摘要：创建线程的方式方式一将类声明为的子类。将该线程标记为守护线程或用户线程。其中方法隐含的线程为父线程。恢复线程，已过时。等待该线程销毁终止。更多的使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待，除非线

知识体系图：

线程是进程中独立运行的子任务。

方式一：将类声明为 Thread 的子类。该子类应重写 Thread 类的 run 方法

方式二：声明实现 Runnable 接口的类。该类然后实现 run 方法

推荐方式二，因为接口方式比继承方式更灵活，也减少程序间的耦合。

Thread.currentThread()

线程分为守护线程、用户线程。线程初始化默认为用户线程。

setDaemon(true) 将该线程标记为守护线程或用户线程。

特性：设置守护线程，会作为进程的守护者，如果进程内没有其他非守护线程，那么守护线程也会被销毁，即使可能线程内没有运行结束。

某线程a 中启动另外一个线程 t，那么我们称 线程 t是 线程a 的一个子线程，而 线程a 是 线程t 的 父线程。

最典型的就是我们在main方法中 启动 一个 线程去执行。其中main方法隐含的main线程为父线程。

（1）start() 使线程处于就绪状态，Java虚拟机会调用该线程的run方法；

（2）stop() 停止线程，已过时，存在不安全性：

一是可能请理性的工作得不得完成；

二是可能对锁定的对象进行“解锁”，导致数据不同步不一致的情况。

推荐 使用 interrupt() +抛异常 中断线程。

（3）suspend() 暂停线程，已过时。

resume() 恢复线程，已过时。

suspend 与resume 不建议使用，存在缺陷：

一是可能独占同步对象；

二是导致数据不一致。

（4）yield() 放弃当前线程的CPU资源。放弃时间不确认，也有可能刚刚放弃又获得CPU资源。

（5）t.join() 等待该线程t 销毁终止。

一 原子性（互斥性）：实现多线程的同步机制，使得锁内代码的运行必需先获得对应的锁，运行完后自动释放对应的锁。

二 内存可见性：在同一锁情况下，synchronized锁内代码保证变量的可见性。

三 可重入性：当一个线程获取一个对象的锁，再次请求该对象的锁时是可以再次获取该对象的锁的。

如果在synchronized锁内发生异常，锁会被释放。

总结：

（1）synchronized方法 与 synchronized(this) 代码块 锁定的都是当前对象，不同的只是同步代码的范围

（2）synchronized (非this对象x) 将对象x本身作为“对象监视器”：

a、多个线程同时执行 synchronized(x) 代码块，呈现同步效果。

b、当其他线程同时执行对象x里面的 synchronized方法时，呈现同步效果。

c、当其他线程同时执行对象x里面的 synchronized(this)方法时，呈现同步效果。

（3）静态synchronized方法 与 synchronized(calss)代码块 锁定的都是Class锁。Class 锁与 对象锁 不是同一个锁，两者同时使用情况可能呈异步效果。

（4）尽量不使用 synchronized(string)，是因为string的实际锁为string的常量池对象，多个值相同的string对象可能持有同一个锁。

一 内存可见性：保证变量的可见性，线程在每次使用变量的时候，都会读取变量修改后的最的值。

二 不保证原子性。

线程间通信的方式主要为共享内存、线程同步。

线程同步除了synchronized互斥同步外，也可以使用wait/notify实现等待、通知的机制。

（1）wait/notify属于Object类的方法，但wait和notify方法调用，必须获取对象的对象级别锁，即synchronized同步方法或同步块中使用。

（2）wait()方法：在其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法前，或者其他某个线程中断当前线程，导致当前线程一直阻塞等待。等同wait(0)方法。

wait(long timeout) 在其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法，或者其他某个线程中断当前线程，或者已超过某个实际时间量前，导致当前线程等待。 单位为毫秒。

void wait(long timeout, int nanos) 与 wait(long timeout) 不同的是增加了额外的纳秒级别，更精细的等待时间控制。

（3）notfiy方法：唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。选择是任意性的，并在对实现做出决定时发生。线程通过调用其中一个 wait 方法，在对象的监视器上等待。

（4）notifyAll方法：唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。

需要：wait被执行后，会自动释放锁，而notify被执行后，锁没有立刻释放，由synchronized同步块结束时释放。

应用场景：简单的生产、消费问题。

让每个线程都有自己独立的共享变量，有两种方式：

一 该实例变量封存在线程类内部；如果该实例变量（非static）是引用类型，存在可能逸出的情况。

二 就是使用ThreadLocal在任意地方构建变量，即使是静态的（static)。具有很好的隔离性。

（1）重写initialValue()方法： 初始化ThreadLocal变量，解决get()返回null问题（

（2）InheritableThreadLocal 子线程可以读取父线程的值，但反之不行

一个简单的示例：

ReentrantLock 比 synchronized 功能更强大，主要体现：

（1）ReentrantLock 具有公平策略的选择。

（2）ReentrantLock 可以在获取锁的时候，可有条件性地获取，可以设置等待时间，很有效地避免死锁。

如 tryLock() 和 tryLock(long timeout, TimeUnit unit)

（3）ReentrantLock 可以获取锁的各种信息，用于监控锁的各种状态。

（4）ReentrantLock 可以灵活实现多路通知，即Condition的运用。

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ReentrantLock 默认是非公平锁，允许线程“抢占插队”获取锁。公平锁则是线程依照请求的顺序获取锁，近似FIFO的策略方式。

（1）lock() 阻塞式地获取锁，只有在获取到锁后才处理interrupt信息

（2）lockInterruptibly() 阻塞式地获取锁，立即处理interrupt信息，并抛出异常

（3）tryLock() 尝试获取锁，不管成功失败，都立即返回true、false，注意的是即使已将此锁设置为使用公平排序策略，tryLock()仍然可以打开公平性去插队抢占。如果希望遵守此锁的公平设置，则使用 tryLock(0, TimeUnit.SECONDS)，它几乎是等效的（也检测中断）。

（4）tryLock(long timeout, TimeUnit unit)在timeout时间内阻塞式地获取锁，成功返回true，超时返回false，同时立即处理interrupt信息，并抛出异常。

如果想使用一个允许闯入公平锁的定时 tryLock，那么可以将定时形式和不定时形式组合在一起：

if (lock.tryLock() || lock.tryLock(timeout, unit) ) { … }

条件Condition可以由锁lock来创建，实现多路通知的机制。

具有await、signal、signalAll的方法，与wait/notify类似，需要在获取锁后方能调用。

ReentrantReadWriteLock是对ReentrantLock 更进一步的扩展，实现了读锁readLock()（共享锁）和写锁writeLock()（独占锁），实现读写分离。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。

读锁示例：

private final java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
public void method() {
try {
lock.readLock().lock();
//获取到读锁readLock，同步块
} finally {
lock.readLock().unlock();//释放读锁readLock
}
}
写锁示例：
private final java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
public void method() {
try {
lock.writeLock().lock();
//获取到写锁writeLock，同步块
} finally {
lock.writeLock().unlock();//释放写锁writeLock
}
}

（1）同步容器

包括两部分：

一个是早期JDK的Vector、Hashtable；

一个是它们的同系容器，JDK1.2加入的同步包装类，使用Collections.synchronizedXxx工厂方法创建。

Map hashmapSync = Collections.synchronizedMap(new HashMap());
同步容器都是线程安全的，一次只有一个线程访问容器的状态。

但在某些场景下可能需要加锁来保护复合操作。

复合类操作如：新增、删除、迭代、跳转以及条件运算。

这些复合操作在多线程并发的修改容器时，可能会表现出意外的行为，

最经典的便是ConcurrentModificationException，

原因是当容器迭代的过程中，被并发的修改了内容，这是由于早期迭代器设计的时候并没有考虑并发修改的问题。

其底层的机制无非就是用传统的synchronized关键字对每个公用的方法都进行同步，使得每次只能有一个线程访问容器的状态。这很明显不满足我们今天互联网时代高并发的需求，在保证线程安全的同时，也必须有足够好的性能。

（2）并发容器

与Collections.synchronizedXxx()同步容器等相比，util.concurrent中引入的并发容器主要解决了两个问题：

1）根据具体场景进行设计，尽量避免synchronized，提供并发性。

2）定义了一些并发安全的复合操作，并且保证并发环境下的迭代操作不会出错。

util.concurrent中容器在迭代时，可以不封装在synchronized中，可以保证不抛异常，但是未必每次看到的都是”最新的、当前的”数据。

1
Map concurrentHashMap = new ConcurrentHashMap()
ConcurrentHashMap 替代同步的Map即（Collections.synchronized（new HashMap()））。众所周知，HashMap是根据散列值分段存储的，同步Map在同步的时候会锁住整个Map，而ConcurrentHashMap在设计存储的时候引入了段落Segment定义，同步的时候只需要锁住根据散列值锁住了散列值所在的段落即可，大幅度提升了性能。ConcurrentHashMap也增加了对常用复合操作的支持，比如”若没有则添加”：putIfAbsent()，替换：replace()。这2个操作都是原子操作。注意的是ConcurrentHashMap 弱化了size()和isEmpty()方法，并发情况尽量少用，避免导致可能的加锁（当然也可能不加锁获得值，如果map数量没有变化的话）。

CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet分别代替List和Set，主要是在遍历操作为主的情况下来代替同步的List和同步的Set，这也就是上面所述的思路：迭代过程要保证不出错，除了加锁，另外一种方法就是”克隆”容器对象。—缺点也明显，占有内存，且数据最终一致，但数据实时不一定一致，一般用于读多写少的并发场景。

ConcurrentSkipListMap可以在高效并发中替代SoredMap（例如用Collections.synchronzedMap包装的TreeMap）。

ConcurrentSkipListSet可以在高效并发中替代SoredSet（例如用Collections.synchronzedSet包装的TreeMap）。

ConcurrentLinkedQuerue是一个先进先出的队列。它是非阻塞队列。注意尽量用isEmpty，而不是size();

CountDownLatch是一个同步辅助类。

通常运用场景：

（1）作为启动信号：将计数 1 初始化的 CountDownLatch 用作一个简单的开/关锁存器，或入口。

通俗描述：田径赛跑运动员等待（每位运动员为一个线程，都在await()）的”发令枪”，当发令枪countDown()，喊0的时候，所有运动员跳过await()起跑线并发跑起来了。

（2）作为结束信号：在通过调用 countDown() 的线程打开入口前，所有调用 await 的线程都一直在入口处等待。用 N 初始化的 CountDownLatch 可以使一个线程在 N 个线程完成某项操作之前一直等待，或者使其在某项操作完成 N 次之前一直等待。

通俗描述：某裁判，在终点等待所有运动员都跑完，每个运动员跑完就计数一次（countDown()）当为0时，就可以往下继续统计第一人到最后一个撞线的时间。

更多的api：

boolean await(long timeout, TimeUnit unit) 使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待，除非线程被中断或超出了指定的等待时间。

CyclicBarrier是一个同步辅助类。

CyclicBarrier让一个线程达到屏障时被阻塞，直到最后一个线程达到屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续执行

CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)构造函数，用于在所有线程都到达屏障后优先执行barrierAction的run()方法

使用场景：

可以用于多线程计算以后，最后使用合并计算结果的场景；

通俗描述：某裁判，在终点（await()阻塞处）等待所有运动员都跑完，所有人都跑完就可以做吃炸鸡啤酒（barrierAction），但是只要一个人没跑完就都不能吃炸鸡啤酒，当然也没规定他们同时跑（当然也可以，一起使用CountDownLatch)。

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CyclicBarrier与CountDownLatch的区别：

CountDownLatch强调的是一个线程等待多个线程完成某件事，只能用一次，无法重置；

CyclicBarrier强调的是多个线程互相等待完成，才去做某个事情，可以重置。

更多api：

int await(long timeout, TimeUnit unit) 在所有参与者都已经在此屏障上调用 await 方法之前将一直等待,或者超出了指定的等待时间。

Semaphore信号量是一个计数信号量。

可以认为，Semaphore维护一个许可集。如有必要，在许可可用前会阻塞每一个 acquire()，然后再获取该许可。每个 release() 添加一个许可，从而可能释放一个正在阻塞的获取者。

通俗描述：某个车库只有N个车位，车主们要泊车，请向车库保安处阻塞 acquire()等待获取许可证，当获得许可证，车主们才可以去泊车。当某个车主离开车位的时候，交还许可证release() ，从而其他阻塞等待的车主有机会获得许可证。

另外：

Semaphore 默认是非公平策略，允许线程“抢占插队”获取许可证。公平策略则是线程依照请求的顺序获取许可证，近似FIFO的策略方式。

（1）线程池是什么？

线程池是一种多线程的处理方式，利用已有线程对象继续服务新的任务（按照一定的执行策略），而不是频繁地创建销毁线程对象，由此提供服务的吞吐能力，减少CPU的闲置时间。具体组成部分包括：

a、线程池管理器（ThreadPool）用于创建和管理线程池，包括创建线程池、销毁线程池，添加新任务。

b、工作线程（Worker）线程池中的线程，闲置的时候处于等待状态，可以循环回收利用。

c、任务接口（Task）每个任务必须实现的接口类，为工作线程提供调用，主要规定了任务的入口、任务完成的收尾工作、任务的状态。

d、等待队列（Queue）存放等待处理的任务，提供缓冲机制。

（2）Executors框架常见的执行策略

Executors框架提供了一些便利的执行策略。

java.util.concurrent.ExecutorService service = java.util.concurrent.Executors.newFixedThreadPool(100);

newSingleThreadExecutor：创建一个单线程的线程池。

这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。

newFixedThreadPool：创建固定大小的线程池。

每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。

newCachedThreadPool：创建一个可缓存的线程池。

如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，那么就会回收部分空闲（60秒不执行任务）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小。

newScheduledThreadPool：创建一个大小无限的线程池。

此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

newSingleThreadScheduledExecutor：创建一个单线程的线程池。

此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

（3）ExecutorService线程池管理

ExecutorService的生命周期有3个状态：运行、关闭（shutting down)、停止。

提交任务submit(xxx)扩展了基本方法 Executor.execute(java.lang.Runnable)。

Future submit(Callable task) 提交一个返回值的任务用于执行，返回一个表示任务的未决结果的 Future。

Future submit(Runnable task) 提交一个 Runnable 任务用于执行，并返回一个表示该任务的 Future。

Future submit(Runnable task, T result) 提交一个 Runnable 任务用于执行，并返回一个表示该任务的 Future。

shutdown() 启动一次顺序关闭，执行以前提交的任务，但不接受新任务。

List shutdownNow() 试图停止所有正在执行的活动任务，暂停处理正在等待的任务，并返回等待执行的任务列表。

（3）ThreadPoolExecutor机制

ThreadPoolExecutor为Executors的线程池内部实现类。

构造函数详解：

ThreadPoolExecutor线程池管理机制：

1.当线程池小于corePoolSize时，新提交任务将创建一个新线程执行任务，即使此时线程池中存在空闲线程。

2.当线程池达到corePoolSize时，新提交任务将被放入workQueue中，等待线程池中任务调度执行

3.当workQueue已满，且maximumPoolSize>corePoolSize时，新提交任务会创建新线程执行任务

4.当提交任务数超过maximumPoolSize时，新提交任务由RejectedExecutionHandler处理

5.当线程池中超过corePoolSize线程，空闲时间达到keepAliveTime时，关闭空闲线程

6.当设置allowCoreThreadTimeOut(true)时，线程池中corePoolSize线程空闲时间达到keepAliveTime也将关闭

（1）为解决Runnable接口不能返回一个值或受检查的异常，可以采用Callable接口实现一个任务。

（2）Future表示异步计算的结果，可以对于具体的Runnable或者Callable任务进行查询是否完成，查询是否取消，获取执行结果，取消任务等操作。

V get() throws InterruptedException, ExecutionException 如有必要，等待计算完成，然后获取其结果。

V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException 如有必要，最多等待为使计算完成所给定的时间之后，获取其结果（如果结果可用）。

（3）FutureTask

FutureTask则是一个RunnableFuture，而RunnableFuture实现了Runnbale又实现了Futrue这两个接口。

注意的是提交到CompletionService中的Future是按照完成的顺序排列的，而不是按照添加的顺序排列的。

其基本的特性就是在多线程环境下，当有多个线程同时执行这些类的实例包含的方法时，具有排他性，即当某个线程进入方法，执行其中的指令时，不会被其他线程打断，而别的线程就像自旋锁一样，一直等到该方法执行完成，才由JVM从等待队列中选择一个另一个线程进入，这只是一种逻辑上的理解。实际上是借助硬件的相关指令来实现的，不会阻塞线程(或者说只是在硬件级别上阻塞了)。其中的类可以分成4组

基本类：AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean；

引用类型：AtomicReference、AtomicStampedRerence、AtomicMarkableReference；–AtomicStampedReference 或者 AtomicMarkableReference 解决线程并发中，导致的ABA问题

数组类型：AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray —数组长度固定不可变，但保证数组上每个元素的操作绝对安全的

属性原子修改器（Updater）：AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater

Updater使用限制：

限制1：操作的目标不能是static类型，前面说到unsafe的已经可以猜测到它提取的是非static类型的属性偏移量，如果是static类型在获取时如果没有使用对应的方法是会报错的，而这个Updater并没有使用对应的方法。

限制2：操作的目标不能是final类型的，因为final根本没法修改。

限制3：必须是volatile类型的数据，也就是数据本身是读一致的。

限制4：属性必须对当前的Updater所在的区域是可见的，也就是private如果不是当前类肯定是不可见的，protected如果不存在父子关系也是不可见的，default如果不是在同一个package下也是不可见的。

简单示例：
static class A {
volatile int intValue = 100;
}
private AtomicIntegerFieldUpdater atomicIntegerFieldUpdater
= AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(A.class, "intValue");

多线程并发编程主要培养编程者深入了解最底层的运作原理，加强编程者逻辑思维，这样才能写出高效、安全、可靠的多线程并发程序。

说到这里，顺便给大家推荐一个架构方面的交流学习群：650385180，里面会分享一些资深架构师录制的视频录像：有Spring，MyBatis，Netty源码分析，高并发、高性能、分布式、微服务架构的原理，JVM性能优化这些成为架构师必备的知识体系。还能领取免费的学习资源，文章开头的知识体系图也是在群里面获取的，相信对于已经工作和遇到技术瓶颈的码友，在这个群里会有你需要的内容。

线程安全就是每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的。

线程安全就是说多线程访问同一代码，不会产生不确定的结果。

线程安全问题多是由全局变量和静态变量引起的，当多个线程对共享数据只执行读操作，不执行写操作时，一般是线程安全的；当多个线程都执行写操作时，需要考虑线程同步来解决线程安全问题。

多个线程操作一个资源的情况下，导致资源数据前后不一致。这样就需要协调线程的调度，即线程同步。 解决多个线程使用共通资源的方法是：线程操作资源时独占资源，其他线程不能访问资源。使用锁可以保证在某一代码段上只有一条线程访问共用资源。

有两种方式实现线程同步：

1、synchronized

2、同步锁（Lock）

有时候线程之间需要协作和通信。

有两种方式实现线程通信：

1、synchronized 实现内存可见性，满足线程共享变量

2、wait/notifynotifyAll（synchronized同步方法或同步块中使用） 实现内存可见性，及生产消费模式的相互唤醒机制

3、同步锁（Lock）的Condition（awaitsignalsignalAll）

4、管道，实现数据的共享，满足读写模式