多线程面试合集

前言

前文介绍了JVM相关知识，本文将重点介绍多线程相关知识以及工作中的一些经验。

多线程面试合集

1. 什么是多线程？为什么我们需要多线程？

多线程是指在一个进程中同时执行多个线程，每个线程可以执行不同的任务。多线程可以提高程序的执行效率，充分利用多核CPU的计算能力，同时处理多个任务。

2. 在Java中创建线程有几种方式？

继承Thread类并重写run()方法；
实现Runnable接口并重写run()方法；
实现Callable接口并重写call()方法，这种方式通常与线程池一起使用。

3. 解释一下线程的生命周期？

线程的生命周期包括新建、就绪、运行、阻塞和死亡五个状态。新建状态表示线程已被创建但尚未启动；就绪状态表示线程已准备好运行，等待CPU调度；运行状态表示线程正在执行；阻塞状态表示线程由于某种原因暂时停止执行；死亡状态表示线程执行完毕或出现异常而结束。

4. 什么是线程安全？Java中如何实现线程安全？

线程安全是指在多线程环境下，程序的执行结果不会因为线程的调度顺序而改变。Java中实现线程安全的方式有多种，如使用synchronized关键字、使用Lock接口及其实现类、使用volatile关键字、使用原子类、使用线程安全的集合类等。

5. 什么是死锁？如何避免死锁？

死锁是指两个或多个线程互相等待对方释放资源而无限期地等待下去。避免死锁的方法包括：
避免一个线程同时获取多个锁；
按照固定的顺序获取锁；
使用定时锁，即尝试获取锁，若超过一定时间则放弃；
使用死锁检测工具来检测和恢复死锁。

6. 解释一下synchronized关键字和Lock接口的区别？

synchronized关键字和Lock接口都可以用来实现线程同步，但它们在使用方式和功能上有所不同。synchronized是Java语言的关键字，它可以修饰方法或代码块，实现线程同步；而Lock接口是Java.util.concurrent包中的一个接口，它提供了更灵活的线程同步机制，如支持可重入锁、可中断获取锁、尝试获取锁等。

7. 解释一下AQS？

AQS，即AbstractQueuedSynchronizer，是Java中的一个抽象队列同步器类。它是Java并发编程中的一个重要组成部分，广泛用于实现ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch等同步工具类。
AQS的核心思想是利用一个先进先出（FIFO）的双向队列来管理线程的竞争和等待。AQS提供了两种模式：独占模式和共享模式。独占模式是指只有一个线程可以持有同步状态，如ReentrantLock；共享模式是指多个线程可以同时持有同步状态，如Semaphore。
AQS的具体实现方式是通过维护一个volatile变量state表示同步状态。当state为0时表示没有线程占用同步状态，当state为1时表示有一个线程占用同步状态。当多个线程竞争同步状态时，只有一个线程可以成功占用同步状态，其余线程将加入到AQS的同步队列中等待。当占用同步状态的线程释放同步状态时，AQS会从同步队列中选择一个线程唤醒，使其重新尝试获取同步状态。
AQS提供了一些核心方法，如acquire(int arg)尝试获取同步状态，如果获取失败则加入同步队列并阻塞等待唤醒，直到获取同步状态成功。tryAcquire(int arg)尝试获取同步状态，如果获取成功则返回true，否则返回false。release(int arg)释放同步状态，通知其他线程可以尝试获取同步状态。
总的来说，AQS提供了一种高效且灵活的实现同步器的方式，可以满足不同的并发编程需求。

8. 什么是线程池？为什么要使用线程池？

线程池是一种管理和复用线程的技术，它可以避免频繁地创建和销毁线程，提高程序的性能。使用线程池的好处包括：
降低资源消耗：通过复用已创建的线程，减少在创建和销毁线程上花费的时间以及系统资源的开销；
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：线程池可以进行统一的分配、调优和监控。

9. 介绍一下Java中的几种线程池及其应用场景？

Java中的线程池主要包括FixedThreadPool、CachedThreadPool、SingleThreadExecutor和ScheduledThreadPool等。FixedThreadPool适用于处理CPU密集型任务，控制线程最大并发数；CachedThreadPool适用于处理大量短时间任务，线程数会根据任务量动态调整；SingleThreadExecutor适用于需要保证顺序地执行各个任务，并且在任意时间点，不会有多个线程是活动的场景；ScheduledThreadPool适用于需要定时执行或周期性执行任务的场景。
在真实的应用环境下我们一般都自定义ThreadPoolExecutor，并且没有通用的配置，要根据任务执行时间、CPU处理能力等因素综合考虑，具体的需要结合压测进行评估。

10. ThreadLocal家族

ThreadLocal 是 Java 中的一个类，它提供了线程本地变量。这些变量与普通变量不同，因为每个访问变量的线程都有自己的独立初始化的变量副本。ThreadLocal 实例通常是类中的私有静态字段，它们为使用该变量的每个线程都持有一个独立的值。
ThreadLocal 的主要作用是提供线程内的数据隔离，避免多线程环境下的数据竞争和不一致问题。每个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其他线程所持有的副本。
以下是 ThreadLocal 的一些关键点：
线程隔离：最重要的特性，确保变量对每个线程都是独立的。
避免同步：由于数据是隔离的，因此不需要使用 synchronized 关键字来同步访问。
初始值：可以通过覆盖 initialValue() 方法来为 ThreadLocal 变量设置初始值。
内存泄漏风险：如果不正确地使用 ThreadLocal（例如，长时间持有对象引用而不清理），可能会导致内存泄漏。特别是在使用线程池时，因为线程池中的线程通常不会被销毁，所以它们的 ThreadLocal 变量也不会被垃圾收集。
不适用于所有场景：ThreadLocal 适用于需要在单个线程内维护状态的情况，但不适用于需要在多个线程之间共享数据的场景。
如上文，ThreadLocal仅用于单线程场景
在父子线程场景下，我们要使用InheritableThreadLocal，原理是在new Thread的过程中将数据下传
在多线程场景下，我们要使用TransmittableThreadLocal，在主线程向子线程传递数据。具体的原理主要通过传输器在主线程捕捉数据并在子线程回放快照。

11. 在使用线程池时有哪些经验？以及遇到过哪些问题？

使用经验：**在配置线程池参数要综合考虑CPU核数、单任务耗时等因素。**不可笼统的按照经验配置，这样可能在一般场景下不会出现什么问题，但是在大流量场景下会爆发出一系列问题：如jvm无法承载达到的流量导致阻塞、任务积压导致服务假死重启等。在配置好参数之后，最好通过压测进行目前性能的测试，并配置服务接口的限流，以防实际情况压垮服务。在业务场景中，要进行线程隔离，以防调用不均衡导致资源分配侵袭影响核心流程。
常见问题：1. 配置线程数、队列数太少，在回传调用线程拒绝策略下，如有突发流量会导致主线程阻塞，长时间持续会压垮服务。2. 线程数配置太多，导致CPU负载高，处理能力下降 3. 队列配置太大导致任务积压在队列中，无法消费，从而影响某些核心节点甚至导致内存溢出。4. 核心任务可配置拒绝策略为Call并限流，不能任其大流量进入、突发场景下最好配置拒绝策略为丢弃，以防导致调用线程阻塞 5. 最好重写拒绝策略，并配置监控告警、同时命名业务线程池。