原文：Java Multi-Threading and Concurrency Interview Questions with Answers

翻譯：并發程式設計網 - 鄭旭東 校對：方騰飛

多線程和并發問題是 Java 技術面試中面試官比較喜歡問的問題之一。在這裡，從面試的角度列出了大部分重要的問題，但是你仍然應該牢固的掌握Java多線程基礎知識來對應日後碰到的問題。（校對注：非常贊同這個觀點。轉載，不明之處自行查閱）

Java 多線程面試問題

1.程序和線程之間有什麼不同？

一個程序是一個獨立(self contained)的運作環境，它可以被看作一個程式或者一個應用。而線程是在程序中執行的一個任務。Java運作環境是一個包含了不同的類和程式的單一程序。線程可以被稱為輕量級程序。線程需要較少的資源來建立和駐留在程序中，并且可以共享程序中的資源。

2. 多線程程式設計的好處是什麼？

在多線程程式中，多個線程被并發的執行以提高程式的效率，CPU不會因為某個線程需要等待資源而進入空閑狀态。多個線程共享堆記憶體(heap memory)，是以建立多個線程去執行一些任務會比建立多個程序更好。舉個例子，Servlets比CGI更好，是因為Servlets支援多線程而CGI不支援。

3. 使用者線程和守護線程有什麼差別？

當我們在Java程式中建立一個線程，它就被稱為使用者線程。一個守護線程是在背景執行并且不會阻止JVM終止的線程。當沒有使用者線程在運作的時候，JVM關閉程式并且退出。一個守護線程建立的子線程依然是守護線程。

4. 我們如何建立一個線程？

有兩種建立線程的方法：一是實作Runnable接口，然後将它傳遞給Thread的構造函數，建立一個Thread對象；二是直接繼承Thread類。若想了解更多可以閱讀這篇關于如何在Java中建立線程的文章。

5. 有哪些不同的線程生命周期？

當我們在Java程式中建立一個線程時，它的狀态是New。當我們調用線程的start()方法時，狀态被改變為Runnable。線程排程器會為Runnable線程池中的線程配置設定CPU時間并且講它們的狀态改變為Running。其他的線程狀态還有Waiting，Blicked 和Dead。讀這篇文章可以了解更多關于線程生命周期的知識。

6. 可以直接調用Thread類的run ()方法麼？

當然可以，但是如果我們調用了Thread的run()方法，它的行為就會和普通的方法一樣，為了在新的線程中執行我們的代碼，必須使用Thread.start()方法。

7. 如何讓正在運作的線程暫停一段時間？

我們可以使用Thread類的Sleep()方法讓線程暫停一段時間。需要注意的是，這并不會讓線程終止，一旦從休眠中喚醒線程，線程的狀态将會被改變為Runnable，并且根據線程排程，它将得到執行。

8. 你對線程優先級的了解是什麼？

每一個線程都是有優先級的，一般來說，高優先級的線程在運作時會具有優先權，但這依賴于線程排程的實作，這個實作是和作業系統相關的(OS dependent)。我們可以定義線程的優先級，但是這并不能保證高優先級的線程會在低優先級的線程前執行。線程優先級是一個int變量(從1-10)，1代表最低優先級，10代表最高優先級。

9. 什麼是線程排程器(Thread Scheduler)和時間分片(Time Slicing )？

線程排程器是一個作業系統服務，它負責為Runnable狀态的線程配置設定CPU時間。一旦我們建立一個線程并啟動它，它的執行便依賴于線程排程器的實作。時間分片是指将可用的CPU時間配置設定給可用的Runnable線程的過程。配置設定CPU時間可以基于線程優先級或者線程等待的時間。線程排程并不受到Java虛拟機控制，是以由應用程式來控制它是更好的選擇（也就是說不要讓你的程式依賴于線程的優先級）。

10. 在多線程中，什麼是上下文切換(context-switching )？

上下文切換是存儲和恢複CPU狀态的過程，它使得線程執行能夠從中斷點恢複執行。上下文切換是多任務作業系統和多線程環境的基本特征。

11. 你如何確定main()方法所在的線程是Java 程式最後結束的線程？

我們可以使用Thread類的joint()方法來確定所有程式建立的線程在main()方法退出前結束。這裡有一篇文章關于Thread類的joint()方法 。

12. 線程之間是如何通信的？

當線程間是可以共享資源時，線程間通信是協調它們的重要的手段。Object類中wait()\notify()\notifyAll()方法可以用于線程間通信關于資源的鎖的狀态。點選這裡有更多關于線程wait, notify和notifyAll.

13. 為什麼線程通信的方法wait(), notify()和notifyAll()被定義在Object 類裡？

Java的每個對象中都有一個鎖(monitor，也可以成為螢幕) 并且wait()，notify()等方法用于等待對象的鎖或者通知其他線程對象的螢幕可用。在Java的線程中并沒有可供任何對象使用的鎖和同步器。這就是為什麼這些方法是Object類的一部分，這樣Java的每一個類都有用于線程間通信的基本方法

14. 為什麼wait(), notify()和notifyAll ()必須在同步方法或者同步塊中被調用？

當一個線程需要調用對象的wait()方法的時候，這個線程必須擁有該對象的鎖，接着它就會釋放這個對象鎖并進入等待狀态直到其他線程調用這個對象上的notify()方法。同樣的，當一個線程需要調用對象的notify()方法時，它會釋放這個對象的鎖，以便其他在等待的線程就可以得到這個對象鎖。由于所有的這些方法都需要線程持有對象的鎖，這樣就隻能通過同步來實作，是以他們隻能在同步方法或者同步塊中被調用。

15. 為什麼Thread類的sleep()和yield ()方法是靜态的？

Thread類的sleep()和yield()方法将在目前正在執行的線程上運作。是以在其他處于等待狀态的線程上調用這些方法是沒有意義的。這就是為什麼這些方法是靜态的。它們可以在目前正在執行的線程中工作，并避免程式員錯誤的認為可以在其他非運作線程調用這些方法。

16 .如何確定線程安全？

在Java中可以有很多方法來保證線程安全——同步，使用原子類(atomic concurrent classes)，實作并發鎖，使用volatile關鍵字，使用不變類和線程安全類。線上程安全教程中，你可以學到更多。

17. volatile關鍵字在Java 中有什麼作用？

當我們使用volatile關鍵字去修飾變量的時候，是以線程都會直接讀取該變量并且不緩存它。這就確定了線程讀取到的變量是同記憶體中是一緻的。

18. 同步方法和同步塊，哪個是更好的選擇？

同步塊是更好的選擇，因為它不會鎖住整個對象（當然你也可以讓它鎖住整個對象）。同步方法會鎖住整個對象，哪怕這個類中有多個不相關聯的同步塊，這通常會導緻他們停止執行并需要等待獲得這個對象上的鎖。

19. 如何建立守護線程？

使用Thread類的setDaemon(true)方法可以将線程設定為守護線程，需要注意的是，需要在調用start()方法前調用這個方法，否則會抛出IllegalThreadStateException異常。

20. 什麼是ThreadLocal?

ThreadLocal用于建立線程的本地變量，我們知道一個對象的所有線程會共享它的全局變量，是以這些變量不是線程安全的，我們可以使用同步技術。但是當我們不想使用同步的時候，我們可以選擇ThreadLocal變量。

每個線程都會擁有他們自己的Thread變量，它們可以使用get()\set()方法去擷取他們的預設值或者線上程内部改變他們的值。ThreadLocal執行個體通常是希望它們同線程狀态關聯起來是private static屬性。在ThreadLocal例子這篇文章中你可以看到一個關于ThreadLocal的小程式。

21. 什麼是Thread Group ？為什麼建議使用它？

ThreadGroup是一個類，它的目的是提供關于線程組的資訊。

ThreadGroup API比較薄弱，它并沒有比Thread提供了更多的功能。它有兩個主要的功能：一是擷取線程組中處于活躍狀态線程的清單；二是設定為線程設定未捕獲異常處理器(ncaught exception handler)。但在Java 1.5中Thread類也添加了setUncaughtExceptionHandler(UncaughtExceptionHandler eh) 方法，是以ThreadGroup是已經過時的，不建議繼續使用。

t1.setUncaughtExceptionHandler(new UncaughtExceptionHandler(){

@Override

public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {

System.out.println(“exception occured:”+e.getMessage());

}

});

22. 什麼是Java線程轉儲(Thread Dump )，如何得到它？

線程轉儲是一個JVM活動線程的清單，它對于分析系統瓶頸和死鎖非常有用。有很多方法可以擷取線程轉儲——使用Profiler，Kill -3指令，jstack工具等等。我更喜歡jstack工具，因為它容易使用并且是JDK自帶的。由于它是一個基于終端的工具，是以我們可以編寫一些腳本去定時的産生線程轉儲以待分析。讀這篇文檔可以了解更多關于産生線程轉儲的知識。

23. 什麼是死鎖(Deadlock )？如何分析和避免死鎖？

死鎖是指兩個以上的線程永遠阻塞的情況，這種情況産生至少需要兩個以上的線程和兩個以上的資源。

分析死鎖，我們需要檢視Java應用程式的線程轉儲。我們需要找出那些狀态為BLOCKED的線程和他們等待的資源。每個資源都有一個唯一的id，用這個id我們可以找出哪些線程已經擁有了它的對象鎖。

避免嵌套鎖，隻在需要的地方使用鎖和避免無限期等待是避免死鎖的通常辦法，閱讀這篇文章去學習如何分析死鎖。

24. 什麼是Java Timer 類？如何建立一個有特定時間間隔的任務？

java.util.Timer是一個工具類，可以用于安排一個線程在未來的某個特定時間執行。Timer類可以用安排一次性任務或者周期任務。

java.util.TimerTask是一個實作了Runnable接口的抽象類，我們需要去繼承這個類來建立我們自己的定時任務并使用Timer去安排它的執行。

這裡有關于java Timer的例子。

25. 什麼是線程池？如何建立一個Java 線程池？

一個線程池管理了一組工作線程，同時它還包括了一個用于放置等待執行的任務的隊列。

java.util.concurrent.Executors提供了一個 java.util.concurrent.Executor接口的實作用于建立線程池。線程池例子 展現了如何建立和使用線程池，或者閱讀 ScheduledThreadPoolExecutor 例子，了解如何建立一個周期任務。

26.現在有T1、T2、T3三個線程，你怎樣保證T2在T1執行完後執行，T3在T2執行完後執行？

這個多線程問題比較簡單，可以用join方法實作。

27. 在Java中Lock接口比synchronized塊的優勢是什麼？你需要實作一個高效的緩存，它允許多個使用者讀，但隻允許一個使用者寫，以此來保持它的完整性，你會怎樣去實作它？

lock接口在多線程和并發程式設計中最大的優勢是它們為讀和寫分别提供了鎖，它能滿足你寫像ConcurrentHashMap這樣的高性能資料結構和有條件的阻塞。Java線程面試的問題越來越會根據面試者的回答來提問。我強烈建議在你去參加多線程的面試之前認真讀一下Locks，因為目前其大量用于建構電子交易終統的用戶端緩存和交易連接配接空間。

28.在java中wait和sleep方法的不同？

通常會在電話面試中經常被問到的Java線程面試問題。最大的不同是在等待時wait會釋放鎖，而sleep一直持有鎖。Wait通常被用于線程間互動，sleep通常被用于暫停執行。

Java 并發面試問題

1. 什麼是原子操作？在Java Concurrency API中有哪些原子類(atomic classes )？

原子操作是指一個不受其他操作影響的操作任務單元。原子操作是在多線程環境下避免資料不一緻必須的手段。

int++并不是一個原子操作，是以當一個線程讀取它的值并加1時，另外一個線程有可能會讀到之前的指，這就會引發錯誤。

為了解決這個問題，必須保證增加操作是原子的，在JDK1.5之前我們可以使用同步技術來做到這一點。到JDK1.5，java.util.concurrent.atomic包提供了int和long類型的裝類，它們可以自動的保證對于他們的操作是原子的并且不需要使用同步。可以閱讀這篇文章來了解Java的atomic類。

2. Java Concurrency API中的Lock接口(Lock interface )是什麼？對比同步它有什麼優勢？

Lock接口比同步方法和同步塊提供了更具擴充性的鎖操作。他們允許更靈活的結構，可以具有溫泉不同的性質，并且可以支援多個相關類的條件對象。

它的優勢有：

可以使鎖更公平

可以使線程在等待鎖的時候響應中斷

可以讓線程嘗試擷取鎖，并在無法擷取鎖的時候立即傳回或者等待一段時間

可以在不同的範圍，以不同的順序擷取和釋放鎖

閱讀更多關于鎖的例子。

3. 什麼是Executors 架構？

Executor架構同java.util.concurrent.Executor 接口在Java 5中被引入。Executor架構是一個根據一組執行政策調用，排程，執行和控制的異步任務的架構。

無限制的建立線程會引起應用程式記憶體溢出。是以建立一個線程池是個更好的的解決方案，因為可以限制線程的數量并且可以回收再利用這些線程。利用Executors架構可以非常友善的建立一個線程池，閱讀這篇文章可以了解如何使用Executor架構建立一個線程池。

4. 什麼是阻塞隊列？如何使用阻塞隊列來實作生産者-消費者模型？

java.util.concurrent.BlockingQueue的特性是：當隊列是空的時，從隊列中擷取或删除元素的操作将會被阻塞，或者當隊列是滿時，往隊列裡添加元素的操作會被阻塞。

阻塞隊列不接受空值，當你嘗試向隊列中添加空值的時候，它會抛出NullPointerException。

阻塞隊列的實作都是線程安全的，所有的查詢方法都是原子的并且使用了内部鎖或者其他形式的并發控制。

BlockingQueue 接口是java collections架構的一部分，它主要用于實作生産者-消費者問題。

閱讀這篇文章了解如何使用阻塞隊列實作生産者-消費者問題。

5. 什麼是Callable和Future?

Java 5在concurrency包中引入了java.util.concurrent.Callable 接口，它和Runnable接口很相似，但它可以傳回一個對象或者抛出一個異常。

Callable接口使用泛型去定義它的傳回類型。Executors類提供了一些有用的方法去線上程池中執行Callable内的任務。由于Callable任務是并行的，我們必須等待它傳回的結果。java.util.concurrent.Future對象為我們解決了這個問題。線上程池送出Callable任務後傳回了一個Future對象，使用它我們可以知道Callable任務的狀态和得到Callable傳回的執行結果。Future提供了get()方法讓我們可以等待Callable結束并擷取它的執行結果。

閱讀這篇文章了解更多關于Callable，Future的例子。

6. 什麼是FutureTask?

FutureTask是Future的一個基礎實作，我們可以将它同Executors使用處理異步任務。通常我們不需要使用FutureTask類，單當我們打算重寫Future接口的一些方法并保持原來基礎的實作是，它就變得非常有用。我們可以僅僅繼承于它并重寫我們需要的方法。閱讀Java FutureTask例子，學習如何使用它。

7. 什麼是并發容器的實作？

Java集合類都是快速失敗的，這就意味着當集合被改變且一個線程在使用疊代器周遊集合的時候，疊代器的next()方法将抛出ConcurrentModificationException異常。

并發容器支援并發的周遊和并發的更新。

主要的類有ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList 和CopyOnWriteArraySet，閱讀這篇文章了解如何避免ConcurrentModificationException。

8. Executors 類是什麼？

Executors為Executor，ExecutorService，ScheduledExecutorService，ThreadFactory和Callable類提供了一些工具方法。

Executors可以用于友善的建立線程池。