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Java面试题（最全、最新）三、并发编程

发布于 2025-08-26 14:04:14 浏览 23 次

三、并发编程

1、并发编程的优缺点为什么要使用并发编程（并发编程的优点）

充分利用多核CPU的计算能力：通过并发编程的形式可以将多核CPU 的计算能力发挥到极致，性能得到提升
方便进行业务拆分，提升系统并发能力和性能：在特殊的业务场景下，先天的就适合于并发编程。现在的系统动不动就要求百万级甚至千万级的并发量，而多线程并发编程正是开发高并发系统的基础，利用好多线程机制可以大大提高系统整体的并发能力以及性能。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。

2、并发编程有什么缺点
并发编程的目的就是为了能提高程序的执行效率，提高程序运行速度，但是并发编程并不总是能提高程序运行速度的，而且并发编程可能会遇到很多问题，

比如：内存泄漏、上下文切换、线程安全、死锁等问题。

3、并发编程三要素是什么？在 Java 程序中怎么保证多线程的运行安全？
并发编程三要素（线程的安全性问题体现在）：

原子性：原子，即一个不可再被分割的颗粒。原子性指的是一个或多个操作要么全部执行成功要么全部执行失败。
可见性：一个线程对共享变量的修改,另一个线程能够立刻看到。（synchronized,volatile）
有序性：程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。（处理器可能会对指令进行重排序）

出现线程安全问题的原因：

线程切换带来的原子性问题
缓存导致的可见性问题
编译优化带来的有序性问题

解决办法：

JDK Atomic开头的原子类、synchronized、LOCK，可以解决原子性问题
synchronized、volatile、LOCK，可以解决可见性问题
Happens-Before 规则可以解决有序性问题

4、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。

做一个形象的比喻：
并发 = 两个队列和一台咖啡机。
并行 = 两个队列和两台咖啡机。
串行 = 一个队列和一台咖啡机。
5、什么是多线程，多线程的优劣？
多线程：多线程是指程序中包含多个执行流，即在一个程序中可以同时运行多个不同的线程来执行不同的任务。

多线程的好处： 可以提高 CPU 的利用率。在多线程程序中，一个线程必须等待的时候，CPU 可以运行其它的线程而不是等待，这样就大大提高了程序的效率。也就是说允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务。

多线程的劣势：

线程也是程序，所以线程需要占用内存，线程越多占用内存也越多；
多线程需要协调和管理，所以需要 CPU 时间跟踪线程；
线程之间对共享资源的访问会相互影响，必须解决竞用共享资源的问题。

6、线程和进程区别什么是线程和进程?
进程：
一个在内存中运行的应用程序。每个进程都有自己独立的一块内存空间，一个进程可以有多个线程，比如在Windows系统中，一个运行的xx.exe就是一个进程。
线程：
进程中的一个执行任务（控制单元），负责当前进程中程序的执行。一个进程至少有一个线程，一个进程可以运行多个线程，多个线程可共享数据。
进程与线程的区别：
线程具有许多传统进程所具有的特征，故又称为轻型进程(Light—Weight Process)或进程元；而把传统的进程称为重型进程(Heavy—Weight Process)，它相当于只有一个线程的任务。在引入了线程的操作系统中，通常一个进程都有若干个线程，至少包含一个线程。

根本区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是处理器任务调度和执行的基本单位

资源开销：每个进程都有独立的代码和数据空间（程序上下文），程序之间的切换会有较大的开销；线程可以看做轻量级的进程，同一类线程共享代码和数据空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器（PC），线程之间切换的开销小。

包含关系：如果一个进程内有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线（线程）共同完成的；线程是进程的一部分，所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。

内存分配：同一进程的线程共享本进程的地址空间和资源，而进程之间的地址空间和资源是相互独立的

影响关系：一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。

执行过程：每个独立的进程有程序运行的入口、顺序执行序列和程序出口。但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制，两者均可并发执行

7、什么是上下文切换?
多线程编程中一般线程的个数都大于 CPU 核心的个数，而一个 CPU 核心在任意时刻只能被一个线程使用，为了让这些线程都能得到有效执行，CPU 采取的策略是为每个线程分配时间片并轮转的形式。当一个线程的时间片用完的时候就会重新处于就绪状态让给其他线程使用，这个过程就属于一次上下文切换。

概括来说就是：当前任务在执行完 CPU 时间片切换到另一个任务之前会先保存自己的状态，以便下次再切换回这个任务时，可以再加载这个任务的状态。任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换。

上下文切换通常是计算密集型的。也就是说，它需要相当可观的处理器时间，在每秒几十上百次的切换中，每次切换都需要纳秒量级的时间。所以，上下文切换对系统来说意味着消耗大量的 CPU 时间，事实上，可能是操作系统中时间消耗最大的操作。

Linux 相比与其他操作系统（包括其他类 Unix 系统）有很多的优点，其中有一项就是，其上下文切换和模式切换的时间消耗非常少。

8、守护线程和用户线程有什么区别呢？
守护线程和用户线程

用户 (User) 线程：运行在前台，执行具体的任务，如程序的主线程、连接网络的子线程等都是用户线程
守护 (Daemon) 线程：运行在后台，为其他前台线程服务。也可以说守护线程是 JVM 中非守护线程的 “佣人”。一旦所有用户线程都结束运行，守护线程会随 JVM 一起结束工作

main 函数所在的线程就是一个用户线程，main 函数启动的同时在 JVM 内部同时还启动了好多守护线程，比如垃圾回收线程。比较明显的区别之一是用户线程结束，JVM 退出，不管这个时候有没有守护线程运行。而守护线程不会影响 JVM 的退出。
注意事项：

setDaemon(true)必须在start()方法前执行，否则会抛出 IllegalThreadStateException 异常
在守护线程中产生的新线程也是守护线程
不是所有的任务都可以分配给守护线程来执行，比如读写操作或者计算逻辑
守护 (Daemon) 线程中不能依靠 finally 块的内容来确保执行关闭或清理资源的逻辑。因为我们上面也说过了一旦所有用户线程都结束运行，守护线程会随 JVM 一起结束工作，所以守护 (Daemon) 线程中的 finally 语句块可能无法被执行。

9、如何在 Windows 和 Linux 上查找哪个线程cpu利用率最高？
windows上面用任务管理器看，linux下可以用 top 这个工具看。

找出cpu耗用厉害的进程pid，终端执行top命令，然后按下shift+p 查找出cpu利用厉害的pid号
根据上面第一步拿到的pid号，top -H -p pid 。然后按下shift+p，查找出cpu利用率厉害的线程号，比如top -H -p 1328
将获取到的线程号转换成16进制，去百度转换一下就行
使用jstack工具将进程信息打印输出，jstack pid号 > /tmp/t.dat，比如jstack 31365 > /tmp/t.dat
编辑/tmp/t.dat文件，查找线程号对应的信息

10、什么是线程死锁？
百度百科：死锁是指两个或两个以上的进程（线程）在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程（线程）称为死锁进程（线程）。

多个线程同时被阻塞，它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞，因此程序不可能正常终止。

线程 A 持有资源 2，线程 B 持有资源 1，他们同时都想申请对方的资源，所以这两个线程就会互相等待而进入死锁状态。

形成死锁的四个必要条件是什么

互斥条件：线程(进程)对于所分配到的资源具有排它性，即一个资源只能被一个线程(进程)占用，直到被该线程(进程)释放
请求与保持条件：一个线程(进程)因请求被占用资源而发生阻塞时，对已获得的资源保持不放。
不剥夺条件：线程(进程)已获得的资源在末使用完之前不能被其他线程强行剥夺，只有自己使用完毕后才释放资源。
循环等待条件：当发生死锁时，所等待的线程(进程)必定会形成一个环路（类似于死循环），造成永久阻塞

如何避免线程死锁
我们只要破坏产生死锁的四个条件中的其中一个就可以了。
破坏互斥条件
这个条件我们没有办法破坏，因为我们用锁本来就是想让他们互斥的（临界资源需要互斥访问）。
破坏请求与保持条件
一次性申请所有的资源。
破坏不剥夺条件
占用部分资源的线程进一步申请其他资源时，如果申请不到，可以主动释放它占有的资源。
破坏循环等待条件
靠按序申请资源来预防。按某一顺序申请资源，释放资源则反序释放。破坏循环等待条件。

11、创建线程有哪几种方式？
创建线程有四种方式：

继承 Thread 类；
实现 Runnable 接口；
实现 Callable 接口；
使用 Executors 工具类创建线程池继承 Thread 类

12、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。

13、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？
这是另一个非常经典的 java 多线程面试问题，而且在面试中会经常被问到。很简单，但是很多人都会答不上来！

new 一个 Thread，线程进入了新建状态。调用 start() 方法，会启动一个线程并使线程进入了就绪状态，当分配到时间片后就可以开始运行了。 start() 会执行线程的相应准备工作，然后自动执行 run() 方法的内容，这是真正的多线程工作。

而直接执行 run() 方法，会把 run 方法当成一个 main 线程下的普通方法去执行，并不会在某个线程中执行它，所以这并不是多线程工作。

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。

**14、什么是 Callable 和 Future?
**Callable 接口类似于 Runnable，从名字就可以看出来了，但是 Runnable 不会返回结果，并且无法抛出返回结果的异常，而 Callable 功能更强大一些，被线程执行后，可以返回值，这个返回值可以被 Future 拿到，也就是说，Future 可以拿到异步执行任务的返回值。

Future 接口表示异步任务，是一个可能还没有完成的异步任务的结果。所以说Callable用于产生结果，Future 用于获取结果。

15、什么是 FutureTask？
FutureTask 表示一个异步运算的任务。FutureTask 里面可以传入一个 Callable 的具体实现类，可以对这个异步运算的任务的结果进行等待获取、判断是否已经完成、取消任务等操作。只有当运算完成的时候结果才能取回，如果运算尚未完成 get 方法将会阻塞。一个 FutureTask 对象可以对调用了Callable 和 Runnable 的对象进行包装，由于 FutureTask 也是Runnable 接口的实现类，所以 FutureTask 也可以放入线程池中。
16、说说线程的生命周期及五种基本状态？
网上对线程状态的描述很多，有5种，6种，7种，都可以接受。

5中状态一般是针对传统的线程状态来说（操作系统层面）：

Java中给线程准备的6种状态：

NEW：Thread对象被创建出来了，但是还没有执行start方法。
RUNNABLE：Thread对象调用了start方法，就为RUNNABLE状态（CPU调度/没有调度）
BLOCKED、WAITING、TIME_WAITING：都可以理解为是阻塞、等待状态，因为处在这三种状态下，CPU不会调度当前线程
BLOCKED：synchronized没有拿到同步锁，被阻塞的情况
WAITING：调用wait方法就会处于WAITING状态，需要被手动唤醒
TIME_WAITING：调用sleep方法或者join方法，会被自动唤醒，无需手动唤醒
TERMINATED：run方法执行完毕，线程生命周期到头了

在Java代码中验证一下效果
NEW

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t1 = new Thread(() -> {
  
    });
    System.out.println(t1.getState());
}

RUNNABLE

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        while(true){

        }
    });
    t1.start();
    Thread.sleep(500);
    System.out.println(t1.getState());
}

BLOCKED

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Object obj = new Object();
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        // t1线程拿不到锁资源，导致变为BLOCKED状态
        synchronized (obj){

        }
    });
    // main线程拿到obj的锁资源
    synchronized (obj) {
        t1.start();
        Thread.sleep(500);
        System.out.println(t1.getState());
    }
}

WAITING

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Object obj = new Object();
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        synchronized (obj){
            try {
                obj.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    });
    t1.start();
    Thread.sleep(500);
    System.out.println(t1.getState());
}

TIMED_WAITING

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    });
    t1.start();
    Thread.sleep(500);
    System.out.println(t1.getState());
}

TERMINATED

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    });
    t1.start();
    Thread.sleep(1000);
    System.out.println(t1.getState());
}

17、 sleep() 和 wait() 有什么区别？
两者都可以暂停线程的执行

类的不同：sleep() 是 Thread线程类的静态方法，wait() 是 Object类的方法。
是否释放锁：sleep() 不释放锁；wait() 释放锁。
用途不同：Wait 通常被用于线程间交互/通信，sleep 通常被用于暂停执行。
用法不同：wait() 方法被调用后，线程不会自动苏醒，需要别的线程调用同一个对象上的 notify() 或者 notifyAll() 方法。sleep() 方法执行完成后，线程会自动苏醒。或者可以使用wait(long timeout)超时后线程会自动苏醒。

18、如何停止一个正在运行的线程？
在java中有以下3种方法可以终止正在运行的线程：

使用退出标志，使线程正常退出，也就是当run方法完成后线程终止。
使用stop方法强行终止，但是不推荐这个方法，因为stop和suspend及 resume一样都是过期作废的方法。
使用interrupt方法中断线程。

19、 Java 中 interrupted 和 isInterrupted 方法的区别？
interrupt：用于中断线程。调用该方法的线程的状态为将被置为”中断”状态。

注意：线程中断仅仅是置线程的中断状态位，不会停止线程。需要用户自己去监视线程的状态为并做处理。支持线程中断的方法（也就是线程中断后会抛出interruptedException 的方法）就是在监视线程的中断状态，一旦线程的中断状态被置为“中断状态”，就会抛出中断异常。

interrupted：是静态方法，查看当前中断信号是true还是false并且清除中断信号。如果一个线程被中断了，第一次调用 interrupted 则返回 true，第二次和后面的就返回 false 了。

isInterrupted：查看当前中断信号是true还是false

20、 notify() 和 notifyAll() 有什么区别？
如果线程调用了对象的 wait()方法，那么线程便会处于该对象的等待池中，等待池中的线程不会去竞争该对象的锁。
notifyAll() 会唤醒所有的线程，notify() 只会唤醒一个线程。
notifyAll() 调用后，会将全部线程由等待池移到锁池，然后参与锁的竞争，竞争成功则继续执行，如果不成功则留在锁池等待锁被释放后再次参与竞争。而 notify()只会唤醒一个线程，具体唤醒哪一个线程由虚拟机控制。如何在两个线程间共享数据？在两个线程间共享变量即可实现共享。
21、 Java 线程数过多会造成什么异常？

线程的生命周期开销非常高消耗过多的
CPU资源如果可运行的线程数量多于可用处理器的数量，那么有线程将会被闲置。大量空闲的线程会占用许多内存，给垃圾回收器带来压力，而且大量的线程在竞争CPU资源时还将产生其他性能的开销。
降低稳定性JVM 在可创建线程的数量上存在一个限制，这个限制值将随着平台的不同而不同，并且承受着多个因素制约，包括 JVM 的启动参数、Thread 构造函数中请求栈的大小，以及底层操作系统对线程的限制等。如果破坏了这些限制，那么可能抛出OutOfMemoryError 异常。

22、synchronized 的作用？
synchronized 可以修饰类、方法、变量。
在 Java 中，synchronized 关键字是用来控制线程同步的，就是在多线程的环境下，控制 synchronized 代码段不被多个线程同时执行。

另外，在 Java 早期版本中，synchronized属于重量级锁，效率低下，因为监视器锁（monitor）是依赖于底层的操作系统的 Mutex Lock 来实现的，Java 的线程是映射到操作系统的原生线程之上的。如果要挂起或者唤醒一个线程，都需要操作系统帮忙完成，而操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到内核态，这个状态之间的转换需要相对比较长的时间，时间成本相对较高，这也是为什么早期的 synchronized 效率低的原因。

庆幸的是在 Java 6 之后 Java 官方对从 JVM 层面对synchronized 较大优化，所以现在的synchronized 锁效率也优化得很不错了。JDK1.6对锁的实现引入了大量的优化，如自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化、偏向锁、轻量级锁等技术来减少锁操作的开销。

23、 synchronized、volatile、CAS 比较？
（1）synchronized 是悲观锁，属于抢占式，会引起其他线程阻塞。

（2）volatile 提供多线程共享变量可见性和禁止指令重排序优化。

（3）CAS 是基于冲突检测的乐观锁（非阻塞）

24、synchronized 和 Lock 有什么区别？

首先synchronized是Java内置关键字，在JVM层面，Lock是个Java类；
synchronized 可以给类、方法、代码块加锁；而 lock 只能给代码块加锁。
synchronized 不需要手动获取锁和释放锁，使用简单，发生异常会自动释放锁，不会造成死锁；而 lock 需要自己加锁和释放锁，如果使用不当没有 unLock()去释放锁就会造成死锁。
通过 Lock 可以知道有没有成功获取锁，而 synchronized 却无法办到。

25、 synchronized 和 ReentrantLock 区别是什么？
synchronized 是和 if、else、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，可以被继承、可以有方法、可以有各种各样的类变量synchronized 早期的实现比较低效，对比 ReentrantLock，大多数场景性能都相差较大，但是在 Java 6 中对 synchronized 进行了非常多的改进。
相同点：
两者都是可重入锁两者都是可重入锁。“可重入锁”概念是：自己可以再次获取自己的内部锁。比如一个线程获得了某个对象的锁，此时这个对象锁还没有释放，当其再次想要获取这个对象的锁的时候还是可以获取的，如果不可锁重入的话，就会造成死锁。
同一个线程每次获取锁，锁的计数器都自增1，所以要等到锁的计数器下降为0 时才能释放锁。主要区别如下：

ReentrantLock 使用起来比较灵活，但是必须有释放锁的配合动作；
ReentrantLock 必须手动获取与释放锁，而 synchronized 不需要手动释放和开启锁；
ReentrantLock 只适用于代码块锁，而 synchronized 可以修饰类、方法、变量等。
二者的锁机制其实也是不一样的。ReentrantLock 底层调用的是 Unsafe 的 park 方法加锁，synchronized 操作的应该是对象头中 mark word
Java中每一个对象都可以作为锁，这是synchronized实现同步的基础：普通同步方法，锁是当前实例对象
静态同步方法，锁是当前类的class对象
同步方法块，锁是括号里面的对象

26、 volatile 关键字的作用
在 Java 中，volatile 是一个类型修饰符，用于修饰变量，主要用于保证变量的可见性和禁止指令重排序。以下是其核心作用的详细解释：
1)保证可见性（Visibility）
当一个变量被声明为 volatile 时，它会保证以下两点：

对变量的写操作会立即刷新到主内存：普通变量的写操作可能会被缓存在 CPU 的寄存器或本地缓存中，其他线程无法立即看到最新值。
对变量的读操作会强制从主内存读取：普通变量的读操作可能会使用本地缓存中的旧值，而 volatile变量会跳过缓存，直接从主内存获取最新值。

示例场景：

public class VolatileExample {
    private volatile boolean flag = false; // 使用volatile保证可见性

    public void writer() {
        flag = true; // 写操作立即刷新到主内存
    }

    public void reader() {
        while (!flag) { // 读操作强制从主内存获取最新值
            // 循环等待
        }
        System.out.println("Flag is now true");
    }
}

解释：若 flag 未被声明为 volatile，reader 线程可能永远看不到 writer 线程对 flag 的修改，导致无限循环。

2)禁止指令重排序（Happens-Before Ordering）
Java 编译器和处理器为了优化性能，可能会对指令进行重排序，但 volatile 变量会禁止特定类型的重排序。具体规则是：

写操作前的指令不会被重排序到写操作之后。
读操作后的指令不会被重排序到读操作之前。

示例场景：

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance; // 使用volatile禁止重排序

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) { // 第一次检查
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) { // 第二次检查
                    instance = new Singleton(); // 禁止指令重排序
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

解释：若 instance 未被声明为 volatile，可能会出现指令重排序导致的问题：instance = new Singleton() 可能被分解为：

分配内存空间。
初始化对象（可能被重排序到后面）。
将引用指向内存空间（此时 instance 不为 null，但对象未完全初始化）。

若另一个线程在此时读取 instance，会得到一个未完全初始化的对象，导致程序崩溃。

3)不保证原子性（Atomicity）
volatile 不保证变量操作的原子性，即无法防止多个线程同时修改变量时的竞态条件。例如：

private volatile int count = 0;

public void increment() {
    count++; // 非原子操作，即使count被声明为volatile
}

解释：count++ 实际上是三个操作的组合（读取、加 1、写入），多个线程同时执行时仍可能导致数据不一致。若需要原子性，应使用 AtomicInteger 等原子类。

4)适用场景

状态标志：如示例中的 flag，用于线程间的简单通信。
双重检查锁（DCL）：如单例模式中的 instance 变量。
需要禁止指令重排序的场景：确保变量初始化和赋值的顺序。

总结:
volatile 的核心作用是：

保证变量的可见性。
禁止指令重排序。

但它不能替代 synchronized 或原子类，仅适用于一个线程写、多个线程读的场景，或作为轻量级的同步机制。
27、什么是AQS？
在 Java 中，AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是一个位于java.util.concurrent.locks包下的抽象类，它是构建锁和其他同步组件（如ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch）的基础框架。AQS 通过一个 FIFO 队列来管理线程的阻塞和唤醒，并使用一个int类型的状态变量（state）来表示同步状态，极大地简化了并发编程的实现。

核心原理
AQS 的核心思想是通过一个状态变量（state）和一个CLH 队列（FIFO 双向队列）来管理线程的同步状态：

1)状态变量（state）：

由子类通过getState()、setState()和compareAndSetState()方法操作。
例如，ReentrantLock用state表示锁的重入次数，Semaphore用state表示剩余许可数。
2)CLH 队列：

当多个线程竞争同一个锁时，未获取到锁的线程会被封装成Node节点加入队列。
队列中的线程会按照 FIFO 顺序等待获取锁。
关键方法
AQS 提供了两类方法：

1)模板方法（由使用者调用）：

acquire(int arg)：获取锁（独占模式）。
release(int arg)：释放锁（独占模式）。
acquireShared(int arg)：获取锁（共享模式）。
releaseShared(int arg)：释放锁（共享模式）。

2)钩子方法（由子类实现）：

tryAcquire(int arg)：尝试获取锁（独占模式）。
tryRelease(int arg)：尝试释放锁（独占模式）。
tryAcquireShared(int arg)：尝试获取锁（共享模式）。
tryReleaseShared(int arg)：尝试释放锁（共享模式）。
isHeldExclusively()：判断当前线程是否独占锁。

独占模式 vs 共享模式

独占模式（如ReentrantLock）：同一时间只允许一个线程持有锁。
共享模式（如Semaphore、CountDownLatch）：允许多个线程同时持有锁。

AQS 的典型应用
1)ReentrantLock：

使用 AQS 的独占模式实现可重入锁。
state表示锁的重入次数。

2)Semaphore：

使用 AQS 的共享模式实现信号量。
state表示可用许可的数量。

3)CountDownLatch：

使用 AQS 的共享模式实现倒计时功能。
state表示需要等待的操作数量。

4)ReentrantReadWriteLock：

使用 AQS 同时实现独占锁（写锁）和共享锁（读锁）。

示例：自定义同步器（基于 AQS）
下面是一个简单的自定义同步器示例，实现一个不可重入的独占锁：

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;

public class SimpleLock {
    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        // 锁被占用时状态为1，空闲时为0
        @Override
        protected boolean tryAcquire(int acquires) {
            if (compareAndSetState(0, 1)) {
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            }
            return false;
        }

        @Override
        protected boolean tryRelease(int releases) {
            if (getState() == 0) throw new IllegalMonitorStateException();
            setExclusiveOwnerThread(null);
            setState(0);
            return true;
        }

        @Override
        protected boolean isHeldExclusively() {
            return getState() == 1;
        }
    }

    private final Sync sync = new Sync();

    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }

    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }
}

AQS 的优势

简化并发编程：开发者只需实现钩子方法，无需关心队列管理和线程阻塞 / 唤醒的底层细节。
高性能：基于CAS（Compare-and-Swap）操作实现无锁算法，减少线程上下文切换的开销。
可扩展性：支持自定义同步器，满足各种复杂的同步需求。

总结
AQS 是 Java 并发包的核心基石，通过状态变量和 FIFO 队列提供了一套通用的同步机制。理解 AQS 有助于深入掌握 Java 中的锁、信号量等并发工具的工作原理，并能灵活扩展自定义同步组件。

AQS内部结构和属性：

28、ThreadLocal 是什么？有哪些使用场景？
hreadLocal 是一个本地线程副本变量工具类，在每个线程中都创建了一个ThreadLocalMap 对象，简单说 ThreadLocal 就是一种以空间换时间的做法，每个线程可以访问自己内部 ThreadLocalMap 对象内的 value。通过这种方式，避免资源在多线程间共享。

核心作用：
ThreadLocal的主要作用是：

隔离线程间的数据：每个线程都拥有自己的独立变量副本，线程间互不干扰。
简化并发编程：避免在多线程环境下使用共享变量时需要进行的同步操作。

基本用法：
以下是ThreadLocal的基本使用示例：

public class ThreadLocalExample {
    // 创建ThreadLocal变量，初始值为0
    private static final ThreadLocal<Integer> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> 0);

    public static void main(String[] args) {
        // 创建两个线程
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                int value = threadLocal.get(); // 获取当前线程的副本值
                threadLocal.set(value + 1);    // 修改当前线程的副本值
                System.out.println("Thread 1: " + threadLocal.get());
            }
            threadLocal.remove(); // 建议在finally块中调用，防止内存泄漏
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println("Thread 2: " + threadLocal.get());
                threadLocal.set(threadLocal.get() - 1);
            }
            threadLocal.remove();
        });

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

输出示例（线程间数据隔离）：

plaintext
Thread 1: 1
Thread 2: 0
Thread 1: 2
Thread 2: -1
Thread 1: 3
Thread 2: -2

实现原理：
ThreadLocal的核心机制是：

1)每个线程维护一个ThreadLocalMap：

Thread类中有一个ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals，用于存储该线程的所有局部变量。
ThreadLocalMap的键是ThreadLocal实例本身，值是用户设置的具体值。

2)ThreadLocal作为键：

当调用ThreadLocal.get()时，会从当前线程的ThreadLocalMap中查找对应的 value。
不同线程的ThreadLocalMap是独立的，因此数据不会共享。

内存泄漏问题：
ThreadLocal可能导致内存泄漏的原因：

强引用链：Thread → ThreadLocalMap → Entry → value。
弱引用键：ThreadLocalMap的键是WeakReference，当外部没有强引用指向ThreadLocal时，键会被 GC 回收，但值（value）仍然被Entry持有。
线程复用：在线程池环境中，线程可能不会被销毁，导致ThreadLocalMap中的值一直存在。

解决方案：
使用后及时调用remove()：在try-finally块中确保调用，避免残留值。
典型应用场景：
数据库连接管理、Session 管理、避免参数传递。

经典的使用场景是为每个线程分配一个 JDBC 连接 Connection。这样就可以保证每个线程的都在各自的 Connection 上进行数据库的操作，不会出现 A 线程关了 B线程正在使用的 Connection；还有 Session 管理等问题。

注意事项：
不可继承性：ThreadLocal中的值不能被子线程继承。若需要子线程继承父线程的值，可使用InheritableThreadLocal。
线程安全：ThreadLocal本身是线程安全的，但如果多个线程操作同一个ThreadLocal中的可变对象（如ArrayList），仍需同步。

总结：
ThreadLocal通过为每个线程创建独立的变量副本，实现了线程间的数据隔离，适用于需要避免共享变量的场景。使用时需注意内存泄漏问题，建议在每次使用后调用remove()。它是简化并发编程的重要工具，常见于数据库连接、事务管理、用户会话等场景。

29、 ThreadLocal造成内存泄漏的原因？
ThreadLocalMap 中使用的 key 为 ThreadLocal 的弱引用,而 value 是强引用。所以，如果 ThreadLocal 没有被外部强引用的情况下，在垃圾回收的时候，key 会被清理掉，而 value 不会被清理掉。这样一来，ThreadLocalMap 中就会出现key 为null的Entry。假如我们不做任何措施的话，value 永远无法被GC 回收，这个时候就可能会产生内存泄露。ThreadLocalMap实现中已经考虑了这种情况，在调用 set()、get()、remove() 方法的时候，会清理掉 key 为 null 的记录。使用完ThreadLocal方法后手动调用remove()方法。

ThreadLocal内存泄漏解决方案？

每次使用完ThreadLocal，都调用它的remove()方法，清除数据。
在使用线程池的情况下，没有及时清理ThreadLocal，不仅是内存泄漏的问题，更严重的是可能导致业务逻辑出现问题。所以，使用ThreadLocal就跟加锁完要解锁一样，用完就清理。

30、线程池有什么优点？

降低资源消耗：重用存在的线程，减少对象创建销毁的开销。
提高响应速度。可有效的控制大并发线程数，提高系统资源的使用率，同时避免过多资源竞争，避免堵塞。当任务到达时，任务可以不需要的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。
附加功能：提供定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能。综上所述使用线程池框架 Executor 能更好的管理线程、提供系统资源使用率。

31、线程池都有哪些状态？

RUNNING：这是正常的状态，接受新的任务，处理等待队列中的任务。 SHUTDOWN：不接受新的任务提交，但是会继续处理等待队列中的任务。
STOP：不接受新的任务提交，不再处理等待队列中的任务，中断正在执行任务的线程。
TIDYING：所有的任务都销毁了，workCount 为 0，线程池的状态在转换为
TIDYING 状态时，会执行钩子方法 terminated()。

TERMINATED：terminated()方法结束后，线程池的状态就会变成这个。
32、 Executors和ThreaPoolExecutor创建线程池的区别
《阿里巴巴Java开发手册》中强制线程池不允许使用 Executors 去创建，而是通过ThreadPoolExecutor 的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险

Executors 各个方法的弊端：

newFixedThreadPool 和 newSingleThreadExecutor:

主要问题是堆积的请求处理队列可能会耗费非常大的内存，甚至 OOM。

newCachedThreadPool 和 newScheduledThreadPool:

主要问题是线程数大数是 Integer.MAX_VALUE，可能会创建数量非常多的线程，甚至 OOM。
ThreaPoolExecutor创建线程池方式只有一种，就是走它的构造函数，参数自己指定。

33、ThreadPoolExecutor参数说明？

1、corePoolSize：核心线程数
    * 核心线程会一直存活，及时没有任务需要执行
    * 当线程数小于核心线程数时，即使有线程空闲，线程池也会优先创建新线程处理
    * 设置allowCoreThreadTimeout=true（默认false）时，核心线程会超时关闭

2、queueCapacity：任务队列容量（阻塞队列）
    * 当核心线程数达到最大时，新任务会放在队列中排队等待执行

3、maxPoolSize：最大线程数
    * 当线程数>=corePoolSize，且任务队列已满时。线程池会创建新线程来处理任务
    * 当线程数=maxPoolSize，且任务队列已满时，线程池会拒绝处理任务而抛出异常

4、 keepAliveTime：线程空闲时间
    * 当线程空闲时间达到keepAliveTime时，线程会退出，直到线程数量=corePoolSize
    * 如果allowCoreThreadTimeout=true，则会直到线程数量=0

5、allowCoreThreadTimeout：允许核心线程超时
6、rejectedExecutionHandler：任务拒绝处理器
    * 两种情况会拒绝处理任务：
        - 当线程数已经达到maxPoolSize，切队列已满，会拒绝新任务
        - 当线程池被调用shutdown()后，会等待线程池里的任务执行完毕，再shutdown。如果在调用shutdown()和线程池真正shutdown之间提交任务，会拒绝新任务
    * 线程池会调用rejectedExecutionHandler来处理这个任务。如果没有设置默认是AbortPolicy，会抛出异常
    * ThreadPoolExecutor类有几个内部实现类来处理这类情况：
        - AbortPolicy 丢弃任务，抛运行时异常
        - CallerRunsPolicy 执行任务
        - DiscardPolicy 忽视，什么都不会发生
        - DiscardOldestPolicy 从队列中踢出最先进入队列（最后一个执行）的任务
    * 实现RejectedExecutionHandler接口，可自定义处理器

34、 ThreadPoolExecutor执行顺序

线程池按以下行为执行任务
1. 当线程数小于核心线程数时，创建线程。
2. 当线程数大于等于核心线程数，且任务队列未满时，将任务放入任务队列。
3. 当线程数大于等于核心线程数，且任务队列已满
    -1 若线程数小于最大线程数，创建线程
    -2 若线程数等于最大线程数，抛出异常，拒绝任务

35、并发工具
1)CycliBarriar 和 CountdownLatch 有什么区别？
CountDownLatch与CyclicBarrier都是用于控制并发的工具类，都可以理解成维护的就是一个计数器，但是这两者还是各有不同侧重点的：

CountDownLatch一般用于某个线程A等待若干个其他线程执行完任务之后，它才执行；而CyclicBarrier一般用于一组线程互相等待至某个状态，然后这一组线程再同时执行；CountDownLatch强调一个线程等多个线程完成某件事情。CyclicBarrier是多个线程互等，等大家都完成，再携手共进。
调用CountDownLatch的countDown方法后，当前线程并不会阻塞，会继续往下执行；而调用CyclicBarrier的await方法，会阻塞当前线程，直到CyclicBarrier指定的线程全部都到达了指定点的时候，才能继续往下执行；
CountDownLatch方法比较少，操作比较简单，而CyclicBarrier提供的方法更多，比如能够通过getNumberWaiting()，isBroken()这些方法获取当前多个线程的状态，并且CyclicBarrier的构造方法可以传入 barrierAction，指定当所有线程都到达时执行的业务功能；

CountDownLatch是不能复用的，而CyclicLatch是可以复用的。
2)Semaphore
Semaphore 就是一个信号量，它的作用是限制某段代码块的并发数。

Semaphore有一个构造函数，可以传入一个 int 型整数 n，表示某段代码多只有 n 个线程可以访问，如果超出了 n，那么请等待，等到某个线程执行完毕这段代码块，下一个线程再进入。由此可以看出如果 Semaphore 构造函数中传入的 int 型整数 n=1，相当于变成了一个 synchronized 了。

Semaphore(信号量)-允许多个线程同时访问： 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。

3)Exchanger
Exchanger是一个用于线程间协作的工具类，用于两个线程间交换数据。它提供了一个交换的同步点，在这个同步点两个线程能够交换数据。交换数据是通过 exchange方法来实现的，如果一个线程先执行exchange方法，那么它会同步等待另一个线程也执行exchange方法，这个时候两个线程就都达到了同步点，两个线程就可以交换数据。

36、常用的并发工具类有哪些？

Semaphore(信号量)-允许多个线程同时访问： 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。
CountDownLatch(倒计时器)： CountDownLatch是一个同步工具类，用来协调多个线程之间的同步。这个工具通常用来控制线程等待，它可以让某一个线程等待直到倒计时结束，再开始执行。
CyclicBarrier(循环栅栏)： CyclicBarrier 和 CountDownLatch 非常类似，它也可以实现线程间的技术等待，但是它的功能比 CountDownLatch 更加复杂和强大。主要应用场景和 CountDownLatch 类似。CyclicBarrier 的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续干活。CyclicBarrier默认的构造方法是 CyclicBarrier(int parties)，其参数表示屏障拦截的线程数量，每个线程调用await()方法告诉
CyclicBarrier 我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。

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