【JUC面试题】Java并发编程面试题

Java并发编程

基础知识

1. 为什么要使用并发编程？

• 提升多核系统的CPU利用率一般来说一台主机上的会有多个CPU核心，我们可以创建多个线程，理论
  上讲操作系统可以将多个线程分配给不同的CPU去执行，每个CPU执行一个线程，这样就提高了
  CPU的使用效率，如果使用单线程就只能有一个CPU核心被使用。

• 比如当我们在网上购物时，为了提升响应速度，需要拆分，减库存，生成订单等等这些操作，就可
  以进行拆分利用多线程的技术完成。面对复杂业务模型，并行程序会比串行程序更适应业务需求，
  而并发编程更能吻合这种业务拆分 。

• 简答：提升cpu利用率，方便业务拆分，提升性能。

2. 多线程应用场景

• 例如 迅雷多线程下载、数据库连接池、分批发送短信等等。

3. 并发编程有什么缺点

并发编程并不是总能提升效率，可能遇到一些问题如：死锁、上下文切换、内存泄露、线程安全等等。

4. 并发编程的三个必要因素？

• 原子性：这个业务要么全部成功、要么全部失败。
• 可见性：一个线程对共享变量进行了修改，其他线程是可见的。（synchronized,volatile）
• 有序性：程序执行的顺序按照代码执行的顺序执行。（处理器可能会对指令进行重排序）

5. Java 程序中怎么保证多线程的运行安全？

出现线程安全问题的原因一般都是三个原因：

• 线程切换带来的原子性问题 解决办法：使用多线程之间同步synchronized或使用锁(lock)。
• 缓存导致的可见性问题 解决办法：synchronized、volatile、LOCK，可以解决可见性问题。
• 编译优化带来的有序性问题 解决办法：Happens-Before 规则可以解决有序性问题。

6. 并行和并发有什么区别？

• 并发：多个任务在同一个 CPU 核上，按细分的时间片轮流(交替)执行，从逻辑上来看那些任务是
  同时执行。
• 并行：单位时间内，多个处理器或多核处理器同时处理多个任务，是真正意义上的“同时进行”。
• 串行：有n个任务，由一个线程按顺序执行。由于任务、方法都在一个线程执行所以不存在线程不
  安全情况，也就不存在临界区的问题。

7. 说一下 runnable 和 callable 有什么区别？

相同点：

• 都是接口
• 都可以编写多线程程序
• 都采用Thread.start()启动线程

主要区别：

• Runnable 接口 run 方法无返回值；Callable 接口 call 方法有返回值，是个泛型，和Future、
  FutureTask配合可以用来获取异步执行的结果
• Runnable 接口 run 方法只能抛出运行时异常，且无法捕获处理；Callable 接口 call 方法允许抛出
  异常，可以获取异常信息
  注：Callalbe接口支持返回执行结果，需要调用FutureTask.get()得到，
  此方法会阻塞主进程的继续往下执行，如果不调用不会阻塞。

8. 线程的run()和start()有什么区别？

• 每个线程都是通过某个特定Thread对象所对应的方法run()来完成其操作的，run()方法称为线程
  体。通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程。
  start() 方法用于启动线程，run() 方法用于执行线程的运行时代码。
  run() 可以重复调用，而 start()只能调用一次。
• start()方法来启动一个线程，真正实现了多线程运行。调用start()方法无需等待run方法体代码执
  行完毕，可以直接继续执行其他的代码； 此时线程是处于就绪状态，并没有运行。 然后通过此
  Thread类调用方法run()来完成其运行状态， run()方法运行结束， 此线程终止。然后CPU再调度
  其它线程。
• run()方法是在本线程里的，只是线程里的一个函数，而不是多线程的。 如果直接调用run()，其实
  就相当于是调用了一个普通函数而已，直接待用run()方法必须等待run()方法执行完毕才能执行下
  面的代码，所以执行路径还是只有一条，根本就没有线程的特征，所以在多线程执行时要使用
  start()方法而不是run()方法。

9. 为什么我们调用 start() 方法时会执行 run() 方法，为什么我们不能直接调用run() 方法？

总结： 调用 start 方法方可启动线程并使线程进入就绪状态，而 run 方法只是 thread 的一个普通方法
调用，还是在主线程里执行。

10. 你是如何调用 wait() 方法的？使用 if 块还是循环？为什么？

• 处于等待状态的线程可能会收到错误警报和伪唤醒，如果不在循环中检查等待条件，程序就会在没
  有满足结束条件的情况下退出。
• wait() 方法应该在循环调用，因为当线程获取到 CPU 开始执行的时候，其他条件可能还没有满足，
  所以在处理前，循环检测条件是否满足会更好。下面是一段标准的使用 wait 和 notify 方法的
  代码：

synchronized (monitor) {  // 判断条件谓词是否得到满足
while(!locked) {// 等待唤醒monitor.wait();
}// 处理其他的业务逻辑
}

11. 为什么 wait ，notify 和 notifyAll 必须在同步方法或者同步块中被调用？

先来看看一个实际代码编写场景中，不当使用wait方法导致异常的案例。
小A写的代码抛出了 java.lang.IllegalMonitorStateException 异常信息。

public class WaitDemo {public static void main(String[] args) throws Exception  {Object o = new Object();o.wait();//业务逻辑代码}
}

小A通过查看源码，确认了抛出 IllegalMonitorStateException 异常是由于调用wait方法的时当前线程没有获取到调用对象的锁。

Throws:IllegalMonitorStateException – if the current thread is not the owner of the object’s monitor.

根据错误原因，将代码改成如下，业务代码正常运行。

public class WaitDemo {public static void main(String[] args) throws Exception  {Object o = new Object();synchronized (o){o.wait();}//业务逻辑代码}
}

通过这个异常的处理小A认识到自己对于wait和notify方法缺乏足够的了解，导致了异常的发生，下面我们一起来学习下wait和notify方法

wait和notify方法介绍

wait和notify是Object类中定义的方法。调用这两个方法的前提条件：当前线程拥有调用者的锁。
wait方法有好几个重载方法，但最终都调用了如下的wait本地方法。调用wait方法后，当前线程会进入waiting状态直到其他线程调用此对象的notify、notifyAll方法或者指定的等待时间过去。

public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;

notify和notifyAll方法,两者的区别是notify方法唤醒一个等待在调用对象上的线程，notifyAll方法唤醒所有的等待在调用对象上的线程。
那么唤醒后的线程是否就可以直接执行了？ 答案是否定的。唤醒后的线程需要获取到调用对象的锁后才能继续执行。

public final native void notify();
public final native void notifyAll();