Java多线程面试题二

1.如何实现乐观锁？

       版本号机制

        一般是在数据表中加上一个数据版本号 version 字段，表示数据被修改的次数。当数据被修改时，version 值会加一。当线程 A 要更新数据值时，在读取数据的同时也会读取 version 值，在提交更新时，若刚才读取到的 version 值为当前数据库中的 version 值相等时才更新，否则重试更新操作，直到更新成功。

     CAS算法

CAS 的全称是 Compare And Swap（比较与交换） ，用于实现乐观锁，被广泛应用于各大框架中。CAS 的思想很简单，就是用一个预期值和要更新的变量值进行比较，两值相等才会进行更新。

2.乐观锁存在哪些问题?

• 高并发的场景下，激烈的锁竞争会造成线程阻塞，大量阻塞线程会导致系统的上下文切换，增加系统的性能开销。并且，悲观锁还可能会存在死锁问题，影响代码的正常运行。乐观锁相比悲观锁来说，不存在锁竞争造成线程阻塞，也不会有死锁的问题，在性能上往往会更胜一筹。不过，如果冲突频繁发生（写占比非常多的情况），会频繁失败和重试，这样同样会非常影响性能，导致 CPU 飙升。
• 乐观锁一般会使用版本号机制或 CAS 算法实现，CAS 算法相对来说更多一些，这里需要格外注意。
• CAS 的全称是 Compare And Swap（比较与交换） ，用于实现乐观锁，被广泛应用于各大框架中。CAS 的思想很简单，就是用一个预期值和要更新的变量值进行比较，两值相等才会进行更新。
• 乐观锁的问题：ABA 问题、循环时间长开销大、只能保证一个共享变量的原子操作。

3.为什么不推荐使用FixedThreadPool?

FixedThreadPool 使用无界队列 LinkedBlockingQueue（队列的容量为 Integer.MAX_VALUE）作为线程池的工作队列会对线程池带来如下影响：

        当线程池中的线程数达到 corePoolSize 后，新任务将在无界队列中等待，因此线程池中的线程数不会超过 corePoolSize；

        由于使用无界队列时 maximumPoolSize 将是一个无效参数，因为不可能存在任务队列满的情况。所以，通过创建 FixedThreadPool的源码可以看出创建的 FixedThreadPool 的 corePoolSize 和 maximumPoolSize 被设置为同一个值。

        使用无界队列时 keepAliveTime 将是一个无效参数；

        运行中的 FixedThreadPool（未执行 shutdown()或 shutdownNow()）不会拒绝任务，在任务比较多的时候会导致 OOM（内存溢出）。

4.使用线程池的好处？

• 降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
• 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
• 提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

5.Java的四种引用类型：

• 强引用：我们常常 new 出来的对象就是强引用类型，只要强引用存在，垃圾回收器将永远不会回收被引用的对象，哪怕内存不足的时候
• 软引用：使用 SoftReference 修饰的对象被称为软引用，软引用指向的对象在内存要溢出的时候被回收
• 弱引用：使用 WeakReference 修饰的对象被称为弱引用，只要发生垃圾回收，若这个对象只被弱引用指向，那么就会被回收
• 虚引用：虚引用是最弱的引用，在 Java 中使用 PhantomReference 进行定义。虚引用中唯一的作用就是用队列接收对象即将死亡的通知

6.Runnable 和 Callable 有什么区别？

         Runnable 接口中的 run() 方法的返回值是 void，它做的事情只是纯粹地去执行 run() 方法中的代码而已；

        Callable 接口中的 call() 方法是有返回值的，是一个泛型，和 Future、FutureTask 配合可以用来获取异步执行的结果。

7.AQS 对资源的共享模式有哪些？

        Exclusive（独占）：只有一个线程能执行，如：ReentrantLock，又可分为公平锁和非公平锁：

         Share（共享）：多个线程可同时执行，如：CountDownLatch、Semaphore、CountDownLatch、 CyclicBarrier、ReadWriteLock。

8.AQS 底层使用了模板方法模式，你能说出几个需要重写的方法吗？

使用者继承 AbstractQueuedSynchronizer 并重写指定的方法。将 AQS 组合在自定义同步组件的实现中，并调用其模板方法，而这些模板方法会调用使用者重写的方法。

        isHeldExclusively() ：该线程是否正在独占资源。只有用到 condition 才需要去实现它。

        tryAcquire(int) ：独占方式。尝试获取资源，成功则返回 true，失败则返回 false。

        tryRelease(int) ：独占方式。尝试释放资源，成功则返回 true，失败则返回 false。

        tryAcquireShared(int) ：共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0 表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源。

        tryReleaseShared(int) ：共享方式。尝试释放资源，成功则返回 true，失败则返回 false。

9. 说下对信号量 Semaphore 的理解？

        synchronized 和 ReentrantLock 都是一次只允许一个线程访问某个资源，Semaphore (信号量)可以指定多个线程同时访问某个资源。

        执行 acquire 方法阻塞，直到有一个许可证可以获得然后拿走一个许可证；每个 release 方法增加一个许可证，这可能会释放一个阻塞的 acquire 方法。然而，其实并没有实际的许可证这个对象，Semaphore 只是维持了一个可获得许可证的数量。Semaphore 经常用于限制获取某种资源的线程数量。当然一次也可以一次拿取和释放多个许可证，不过一般没有必要这样做。除了 acquire方法（阻塞）之外，另一个比较常用的与之对应的方法是 tryAcquire 方法，该方法如果获取不到许可就立即返回 false。

10.谈谈对 ThreadLocal 的理解？

        Java 的 Web 项目大部分都是基于 Tomcat。每次访问都是一个新的线程，每一个线程都独享一个 ThreadLocal，我们可以在接收请求的时候 set 特定内容，在需要的时候 get 这个值。

        ThreadLocal 提供 get 和 set 方法，为每一个使用这个变量的线程都保存有一份独立的副本。

public T get() {...}
public void set(T value) {...}
public void remove() {...}
protected T initialValue() {...}

get() 方法是用来获取 ThreadLocal 在当前线程中保存的变量副本；

set() 用来设置当前线程中变量的副本；

remove() 用来移除当前线程中变量的副本；

initialValue() 是一个 protected 方法，一般是用来在使用时进行重写的，如果在没有 set 的时候就调用 get，会调用 initialValue 方法初始化内容。

11.在哪些场景下会使用到 ThreadLocal？

        在调用 API 接口的时候传递了一些公共参数，这些公共参数携带了一些设备信息（是安卓还是 ios），服务端接口根据不同的信息组装不同的格式数据返回给客户端。假定服务器端需要通过设备类型（device）来下发下载地址，当然接口也有同样的其他逻辑，我们只要在返回数据的时候判断好是什么类型的客户端就好了。上面这种场景就可以将传进来的参数 device 设置到 ThreadLocal 中。用的时候取出来就行。避免了参数的层层传递。

12.谈谈 synchronized 和 ReenTrantLock 的区别？

        synchronized 是和 for、while 一样的关键字，ReentrantLock 是类，这是二者的本质区别。既然 ReentrantLock 是类，那么它就提供了比 synchronized 更多更灵活的特性：等待可中断、可实现公平锁、可实现选择性通知（锁可以绑定多个条件）、性能已不是选择标准。

       synchronized 依赖于 JVM 而 ReenTrantLock 依赖于 API。synchronized 是依赖于 JVM 实现的，JDK1.6 为 synchronized 关键字进行了很多优化，但是这些优化都是在虚拟机层面实现的，并没有直接暴露给我们。ReenTrantLock 是 JDK 层面实现的（也就是 API 层面，需要 lock() 和 unlock 方法配合 try/finally 语句块来完成），所以我们可以通过查看它的源代码，来看它是如何实现的。

13.CountDownLatch 和 CyclicBarrier 有什么区别？

        CountDownLatch 是计数器，只能使用一次，而 CyclicBarrier 的计数器提供 reset 功能，可以多次使用。对于 CountDownLatch 来说，重点是“一个线程（多个线程）等待”，而其他的 N 个线程在完成“某件事情”之后，可以终止，也可以等待。而对于 CyclicBarrier，重点是多个线程，在任意一个线程没有完成，所有的线程都必须等待。

        CountDownLatch 是计数器，线程完成一个记录一个，只不过计数不是递增而是递减，而 CyclicBarrier 更像是一个阀门，需要所有线程都到达，阀门才能打开，然后继续执行。

CountDownLatch 应用场景：

        某一线程在开始运行前等待 n 个线程执行完毕：启动一个服务时，主线程需要等待多个组件加载完毕，之后再继续执行。

        实现多个线程开始执行任务的最大并行性。注意是并行性，不是并发，强调的是多个线程在某一时刻同时开始执行。类似于赛跑，将多个线程放到起点，等待发令枪响，然后同时开跑。

        死锁检测：一个非常方便的使用场景是，你可以使用 n 个线程访问共享资源，在每次测试阶段的线程数目是不同的，并尝试产生死锁。

CyclicBarrier 应用场景：

        CyclicBarrier 可以用于多线程计算数据，最后合并计算结果的应用场景。比如：我们用一个 Excel 保存了用户所有银行流水，每个 Sheet 保存一个帐户近一年的每笔银行流水，现在需要统计用户的日均银行流水，先用多线程处理每个 sheet 里的银行流水，都执行完之后，得到每个 sheet 的日均银行流水，最后，再用 barrierAction 用这些线程的计算结果，计算出整个 Excel 的日均银行流水。

14.JDK 中提供了哪些并发容器？

JDK 提供的这些容器大部分在 java.util.concurrent 包中。

        ConcurrentHashMap：线程安全的 HashMap；

        CopyOnWriteArrayList：线程安全的 List，在读多写少的场合性能非常好，远远好于 Vector；

        ConcurrentLinkedQueue：高效的并发队列，使用链表实现。可以看做一个线程安全的 LinkedList，这是一个非阻塞队列；

        BlockingQueue：这是一个接口，JDK 内部通过链表、数组等方式实现了这个接口。表示阻塞队列，非常适合用于作为数据共享的通道；

        ConcurrentSkipListMap：跳表的实现。这是一个 Map，使用跳表的数据结构进行快速查找。

15.谈谈对 CopyOnWriteArrayList 的理解？

        在很多应用场景中，读操作可能会远远大于写操作。由于读操作根本不会修改原有的数据，因此对于每次读取都进行加锁其实是一种资源浪费。我们应该允许多个线程同时访问 List 的内部数据，毕竟读取操作是安全的。

        CopyOnWriteArrayList 类的所有可变操作（add，set 等等）都是通过创建底层数组的新副本来实现的。当 List 需要被修改的时候，我们并不需要修改原有内容，而是对原有数据进行一次复制，将修改的内容写入副本。写完之后，再将修改完的副本替换原来的数据，这样就可以保证写操作不会影响读操作了。

        从 CopyOnWriteArrayList 的名字就能看出 CopyOnWriteArrayList 是满足 CopyOnWrite 的 ArrayList，所谓 CopyOnWrite 也就是说：在计算机，如果你想要对一块内存进行修改时，我们不在原有内存块中进行写操作，而是将内存拷贝一份，在新的内存中进行写操作，写完之后，就将指向原来内存指针指向新的内存，原来的内存就可以被回收掉了。

        CopyOnWriteArrayList 读取操作没有任何同步控制和锁操作，理由就是内部数组 array 不会发生修改，只会被另外一个 array 替换，因此可以保证数据安全。

        CopyOnWriteArrayList 写入操作 add() 方法在添加集合的时候加了锁，保证了同步，避免了多线程写的时候会 copy 出多个副本出来。

16.谈谈对 ConcurrentSkipListMap 的理解？

        对于一个单链表，即使链表是有序的，如果我们想要在其中查找某个数据，也只能从头到尾遍历链表，这样效率自然就会很低，跳表就不一样了。跳表是一种可以用来快速查找的数据结构，有点类似于平衡树。它们都可以对元素进行快速的查找。但一个重要的区别是：对平衡树的插入和删除往往很可能导致平衡树进行一次全局的调整。而对跳表的插入和删除只需要对整个数据结构的局部进行操作即可。这样带来的好处是：在高并发的情况下，你会需要一个全局锁来保证整个平衡树的线程安全。而对于跳表，你只需要部分锁即可。这样，在高并发环境下，你就可以拥有更好的性能。而就查询的性能而言，跳表的时间复杂度也是 O(logn) 。跳表的本质是同时维护了多个链表，并且链表是分层的。

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