Java并发面经（一）

1.Wait和Sleep的区别sleep () 是 Thread 类的静态方法让当前线程休眠指定时间不会释放持有的锁wait () 是 Object 类的方法会让当前线程释放锁并进入等待队列直到被 notify ()/notifyAll () 唤醒或超时才能重新竞争锁。2.synchronized锁的是谁ynchronized 锁的永远是对象而不是方法或代码。修饰实例方法时锁的是当前对象this修饰静态方法时锁的是当前类的Class 对象修饰代码块时锁的是括号中我们指定的那个对象。同一把锁的同步代码同一时间只能有一个线程执行锁失效绝大多数情况都是因为多个线程锁的不是同一个对象。3.什么是偏向锁偏向锁的作用是为了消除无竞争情况下的锁开销它的核心思想是锁会偏向于第一个获取它的线程如果在接下来的运行过程中没有其他线程竞争这把锁那么持有偏向锁的线程后续再次获取锁时不需要进行任何 CAS 操作也不需要同步开销直接可以重入进入同步块从而大幅提高执行效率。只有当有其他线程尝试竞争该锁时偏向锁才会停止偏向进行偏向锁撤销并升级为轻量级锁。4.什么是轻量级锁轻量级锁是 JDK1.6 对synchronized的一种锁优化适用于多个线程交替执行同步代码、竞争不激烈的场景。当偏向锁升级为轻量级锁时线程会在自己的栈帧中创建锁记录将对象头中的 MarkWord 复制到锁记录中再通过CAS 操作尝试将对象头指向自己的锁记录。如果 CAS 成功当前线程就持有轻量级锁如果 CAS 失败说明存在竞争线程会通过自旋继续尝试获取锁避免立即进入阻塞状态。当自旋次数达到阈值、仍未获取到锁时轻量级锁就会膨胀为重量级锁。5.锁的状态演变synchronized会根据线程抢所的激烈程度自动给锁“按需升级”全程从最省资源的状态慢慢变重来平衡不同并发场景下的速度和安全对象刚创建时时无锁状态锁标记位为01如果一直只有一个线程反复用这个锁就升级为偏向锁锁标记位仍然为01给这个线程开绿灯不用每次都抢省时间要是有多个线程来抢但还没有堵死就升级为轻量级锁锁标记位为00用CAS的方式抢尽量不麻烦擦做系统要是抢锁的人态度太激烈线程都堵死了就彻底升级成重量级锁锁标记位为10靠操作系统的互斥锁来管效率较低但安全6.CAS执行过程先从主内存里把 当前值V读出来当成自己的预期值A存好接着按着业务逻辑算出要改成的新值B然后执行CPU的原子CAS指令先对比主存里的V是不是和自己预期的A一样如果一样 说明没人动过这个变量就直接把主内存的V改成新值B操作成功如果不一样说明被别的线程改了就不修改重新去读主内存最新的V再从头走一遍这个流程自旋直到成功为止7.CAS为什么是原子的CAS之所以是原子的是因为他是CPU硬件级别的一条指令把“比较当前值”和“更新新值”这两个动作打包再一起完成执行时不可被打断要不全成功要不全失败8.CAS的问题与解决方案CAS有三个核心问题需要注意一ABA问题比如主内存里一个变量原本是 A线程 1 读取后记住它该是 A结果线程 2 先把这个变量改成 B又改回 A线程 1 再执行 CAS 时只看到值还是 A 就以为没被改过直接修改了但其实变量已经被动过手脚像银行转账、库存扣减这类场景就可能出问题 —— 这是因为 CAS 只对比最终值不管中间修改过程解决办法也简单给变量加个版本号比如用 AtomicStampedReference 类每次改值都把版本号 1CAS 时同时对比值和版本号只有两者都对才修改。二高并发下 CAS 总失败线程会一直循环重试特别耗 CPU可通过限制自旋次数比如 LongAdder 类用分段锁 自旋结合解决三CAS 一次只能保证一个变量的原子性要改多个变量的话要么把变量封装成对象用 AtomicReference 处理要么直接用 synchronized 锁。9.CAS三个核心参数V内存中的真实值A本地认为的旧值B线程要修改的新值10.CAS和synchronized的区别CAS 是无锁方案靠CPU 原子指令实现线程不阻塞、失败就自旋重试低并发性能极好高并发下因频繁重试会耗 CPU性能一般、适合读多写少、只改单个简单变量的场景synchronized 是互斥锁抢不到锁就阻塞线程唤醒开销大低并发性能一般、高并发下性能差但是更稳定适合写多读少、逻辑复杂、需要操作多个变量的场景。11.ReentrantLock和synchronized的区别synchronized 和 ReentrantLock 都是 Java 独占锁且均支持可重入核心区别在操作方式和灵活性synchronized 自动加解锁用法简单但无公平锁、不可响应中断ReentrantLock 需手动加解锁次数需一致用法稍复杂但可设公平锁、能通过 tryLock 响应中断灵活性更高。12.读写锁特点写写不可并发读写不可并发/写读不可并发读读可以并发13.什么是锁降级为什么要锁降级锁降级就是线程持有写锁时先获取读锁再释放写锁从写锁切换为读锁的过程。目的是保证数据一致性避免释放写锁后其他线程修改数据导致脏读。读写锁只支持锁降级不支持锁升级。14.读写锁的饥饿问题读写锁中由于读锁是共享锁在读多写少的场景下大量读线程会不断获取并持有读锁导致写线程始终无法获取独占写锁长期处于等待状态从而产生写线程饥饿问题可通过公平锁或控制读锁持有时长来缓解。15.什么是虚假唤醒虚假唤醒是指在多线程环境下线程从 wait () 被唤醒后之前的等待条件可能已经不满足但仍然继续执行从而导致数据异常的现象。因为 if 只会在进入等待前判断一次条件线程被唤醒后会直接从 wait () 之后继续执行不会再次校验条件就可能出现条件不满足却执行业务逻辑的问题。而 while 会在线程唤醒后重新检查条件只有条件满足时才继续执行从根本上避免虚假唤醒带来的安全问题这也是 JDK 官方明确要求 wait 必须放在 while 循环中的原因。16.wait/notify 和 Condition 的区别wait()、notify()是Object类的原生方法必须配合synchronized同步锁使用只能通过notifyAll()唤醒所有等待线程无法精准指定唤醒某类线程而Condition是 JUC 包下的接口需要配合Lock锁使用它支持创建多个实例能实现对特定线程组的精准唤醒相比wait/notify更加灵活功能也更强大。17.execute和submit的区别execute 是 Executor 接口的方法submit 则是继承自 Executor 的 ExecutorService 接口的方法execute 只能接收 Runnable 类型参数且无返回值submit 既可以接收 Runnable 也可以接收 Callable 参数并会返回 Future 对象用于取消任务、获取执行结果、判断任务是否完成或取消另外execute 提交的任务无法捕获具体异常信息而 submit 提交的任务可通过 Future 获取异常详情。18.线程池的7个重要参数ThreadPoolExecutor 构造方法包含 7 个核心参数corePoolSize 代表线程池中的常驻核心线程数maximumPoolSize 是线程池能够容纳的同时执行的最大线程数且该值必须大于等于 1keepAliveTime 表示多余空闲线程的存活时间当线程数量超过 corePoolSize 时空闲时间达到该值的多余线程会被销毁直到线程数缩减至 corePoolSizeunit 是 keepAliveTime 的时间单位workQueue 是用于存放已提交但尚未执行任务的阻塞队列threadFactory 是生成线程池中工作线程的线程工厂一般使用默认实现即可handler 则是拒绝策略当任务队列已满且工作线程数达到 maximumPoolSize 时用于拒绝新请求执行任务的策略。19.线程池的底层工作原理创建线程池后其初始线程数为零调用 execute () 方法添加任务时线程池会先判断运行线程数若小于 corePoolSize 则立即创建线程执行任务若大于等于 corePoolSize 则将任务入队若队列已满且运行线程数小于 maximumPoolSize则创建非核心线程立即执行任务若队列已满且运行线程数等于 maximumPoolSize则启动饱和拒绝策略线程完成任务后会从队列取下一个任务执行而线程无事可做超过 keepAliveTime 时若当前运行线程数大于 corePoolSize 则该线程停掉最终线程池在所有任务完成后会收缩到 corePoolSize 的大小。20.线程池的拒绝策略创建线程池时为避免资源耗尽通常会选用有界任务队列但当任务队列已满且线程数达到 maximumPoolSize 时需通过 ThreadPoolExecutor 的 RejectedExecutionHandler 参数指定合理拒绝策略来处理 “超载” 情况。ThreadPoolExecutor 自带四种拒绝策略默认的 AbortPolicy 会直接抛出 RejectedExecutionException 以阻止系统正常运行CallerRunsPolicy 是 “调用者运行” 的调节机制不抛弃任务也不抛异常而是将部分任务回退给调用者以降低新任务流量DiscardOldestPolicy 会抛弃队列中等待最久的任务再将当前任务加入队列并尝试重新提交DiscardPolicy 则默默丢弃无法处理的任务不做任何处理也不抛异常适合允许任务丢失的场景。这些内置策略均实现了 RejectedExecutionHandler 接口我们也可通过扩展该接口来自定义拒绝策略。21.池化思想池化思想是一种通过创建和管理可重复使用的对象池来提高性能和资源利用率的编程思想核心是空间换时间具体实现为预先创建好对象并放在集合中需要时从集合获取对象使用完毕后再将对象放回集合以此避免不必要的资源创建和销毁操作减少系统开销、提升性能同时还能对资源进行统一管理和监控防止资源过度消耗和浪费其目的是提高系统的性能常见实现包括对象池、字符串常量池、封装类常量池如 Integer、Long、数据库连接池、线程池、http 连接池等该思想的优点在于能提升性能避免频繁创建销毁对象 / 连接 / 线程节省初始化时间提高执行效率和响应速度、提高资源利用率通过限制资源数量避免过度消耗与浪费、增强系统可伸缩性预先创建的资源可快速分配降低竞争与等待提升并发能力缺点则是会带来一定内存消耗需在内存中维护资源实例、额外复杂性需处理资源分配释放、并发访问及线程安全等问题还存在潜在的资源泄露风险若未正确释放资源或处理异常可能影响系统性能与稳定性。