Java多线程常用面试题

全栈程序员站长

发布于 2022-08-31 17:02:15

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发布于 2022-08-31 17:02:15

文章被收录于专栏：全栈程序员必看

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

一、什么是多线程？

线程是指程序在运行的过程中，能够执行程序代码的一个执行单元。

Java语言中，线程有五种状态：新建、就绪、运行、阻塞及死亡。

二、线程与进程的区别？

进程是指一段正在执行的程序。而线程有时也被称为轻量级进程，它是程序执行的最小单元，一个进程可以拥有多个线程，各个线程之间共享程序的内存空间（代码段、数据段、堆空间）及一些进程级的文件（列如：打开的文件），但是各个线程拥有自己的栈空间。在操作系统级别上，程序的执行都是以进程为单位的，而每个进程中通常都会有多个线程互不影响地并发执行。

三、为什么要使用多线程？

【1】提高执行效率，减少程序的响应时间。因为单线程执行的过程只有一个有效的操作序列，如果某个操作很耗时（或等待网络响应），此时程序就不会响应鼠标和键盘等操作，如果使用多线程，就可以将耗时的线程分配到一个单独的线程上执行，从而使程序具备更好的交互性。【2】与进程相比，线程的创建和切换开销更小。因开启一个新的进程需要分配独立的地址空间，建立许多数据结构来维护代码块等信息，而运行于同一个进程内的线程共享代码段、数据段、线程的启动和切换的开销比进程要少很多。同时多线程在数据共享方面效率非常高。【3】目前市场上服务器配置大多数都是多CPU或多核计算机等，它们本身而言就具有执行多线程的能力，如果使用单个线程，就无法重复利用计算机资源，造成资源浪费。因此在多CPU计算机上使用多线程能提高CPU的利用率。【4】利用多线程能简化程序程序的结构，是程序便于理解和维护。一个非常复杂的进程可以分成多个线程来执行。

四、同步与异步有什么区别？

在多线程的环境中，通常会遇到数据共享问题，为了确保共享资源的正确性和安全性，就必须对共享数据进行同步处理（也就是锁机制）。对共享数据进行同步操作（增删改），就必须要获得每个线程对象的锁（this锁），这样可以保证同一时刻只有一个线程对其操作，其他线程要想对其操作需要排队等候并获取锁。当然在等候队列中优先级最高的线程才能获得该锁，从而进入共享代码区。 Java语言在同步机制中提供了语言级的支持，可以通过使用synchronize关键字来实现同步，但该方法是以很大的系统开销作为代价的，有时候甚至可能造成死锁，所以，同步控制并不是越多越好，要避免所谓的同步控制。实现同步的方法有两种：①同步方法（this锁）。②同步代码块（this锁或者自定义锁）当使用this锁时，就与同步方法共享同一锁，只有当①释放，②才可以使用。同时，同步代码块的范围也小于同步方法，建议使用，相比之下能够提高性能。

五、如何实现java多线程？

Java虚拟机允许应用程序并发地运行多个线程，在Java语言中实现多线程的方法有三种，其中前两种为常用方法：

【1】继承Thread类，重写run()方法 Thread本质上也是实现了Runnable接口的一个实例，它代表一个线程的实例，并且启动线程的唯一方法就是通过Thread类的start()方法，start()方法是一个本地（native）方法，它将启动一个新的线程，并执行run()方法（执行的是自己重写了Thread类的run()方法），同时调用start()方法并不是执行多线程代码，而是使得该线程变为可运行态（Runnable）,什么时候运行多线程代码由操作系统决定。

class MyThread extends Thread{//创建线程类
    public void run(){
       System.out.println("Thread Body");//线程的函数体
    }
}
 
public class Test{
   public static void main(String[] args){
     MyThread thread = new Thread();
     thread.run();//开启线程
   }
}

【2】实现Runnable接口，并实现该结构的run()方法 1）自定义实现Runnable接口，实现run()方法。 2）创建Thread对象，用实现Runnable接口的对象作为参数实例化该Thread对象。 3）调用Thread的start()方法。

class MyThread implements Runnable{
   pulic void run(){
      System.out.println("Thread Body");
   }
}
 
public class Test{
  public static void main(String[] args){
     MyThread myThread = new MyThread();
     Thread thread = new Thread(myThread);
     thread.start();//启动线程
  }
}

其实，不管是哪种方法，最终都是通过Thread类的API来控制线程。

【3】实现Callable接口，重写call()方法 Callable接口实际是属于Executor框架中的功能类，Callable结构与Runnable接口的功能类似，但提供了比Runnable更强大的功能，主要体现在如下三点： 1）Callable在任务结束后可以提供一个返回值，Runnable无法提供该功能。 2）Callable中的call()方法可以跑出异常，而Runnable中的run()不能跑出异常。 3）运行Callable可以拿到一个Future对象，Future对象表示异步计算的结果，它提供能了检查计算是否完成的方法。由于线程输入异步计算模型，因此无法从别的线程中得到函数的返回值，在这种情况下，就可以使用Future来监控目标线程来调用call()方法的情况，当调用Future的get()方法以获取结果时，当前线程会阻塞，直到目标线程的call()方法结束返回结果。

public class CallableAndFuture{
   //创建线程类
   public static class CallableTest implements Callable{
     public String call() throws Exception{
        return "Hello World!";
     }
   }
   public static void main(String[] args){
     ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
     Future<String> future = threadPool.submit(new CallableTest());
     try{
          System.out.println("waiting thread to finish");
          System.out.println(future.get());
        }catch{Exception e}{
          e.printStackTrace
        }
   }
}

建议：当需要实现多线程时，一般推荐使用Runnable接口方式，因为Thread类定义了多种方法可以被派生类使用或重写，但是只有run()方法必须被重写，在run()方法中实现这个线程的主要功能，这当然也是实现Runnable接口所需的方法。再者，我们很多时候继承一个类是为了去加强和修改这个类才去继承的。因此，如果我们没有必要重写Thread类中的其他方法，那么通过继承Thread类和实现Runnable接口的效果是相同的，这样的话最好还是使用Runnable接口来创建线程。

六、run()方法与start()方法有什么区别？

通常，系统通过调用线程类的start()方法启动一个线程，此时该线程处于就绪状态，而非运行状态，也就意味着这个线程可以别JVM调用执行，执行的过程中，JVM通过调用想成类的run()方法来完成实际的操作，当run()方法结束后，线程也就会终止。如果直接调用线程类的run()方法，就会被当做一个普通函数调用，程序中仍然只有一个主程序，也就是说start()方法能够异步调用run()方法，但是直接调用run()方法却是同步的，也就无法达到多线程的目的。

七、多线程数据同步实现的方法有哪些？

当使用多线程访问同一数据时，非常容易出现线程安全问题，因此采用同步机制解决。Java提供了三种方法：

【1】synchronized关键字在Java语言中，每个对象都有一个对象锁与之相关联，该锁表明对象在任何时候只允许被一个线程所拥有，当一个线程调用对象的synchronize代码时，需要先获取这个锁，然后再去执行相应的代码，执行结束后，释放锁。 synchronize关键字主要有两种用法（synchronize方法和synchronize代码块） 1）synchronized方法：在方法的声明前加synchronize关键字：

    public synchronize void test();

将需要对同步资源的操作放入test()方法中，就能保证此资源在同一时刻只能被一个线程调用，从而保证资源的安全性。然而当此方法体规模非常大时，会影响系统的效率。

2）synchronized块：既可以把任意的代码段声明为synchronized，也可以指定上锁的对象，有非常高的灵活性。

    synchronized(syncObject){
    //访问syncObject的代码块
    }

【2】wait()方法与notify()方法

当使用synchronized来修饰某个共享资源时，如果线程A1在执行synchronized代码，线程A2也要执行同一对象的统同一synchronize的代码，线程A2将要等到线程A1执行完后执行，这种情况可以使用wai()和notify()。必须是统一把锁，才生效。

 class NumberPrint implements Runnable{  
        private int number;  
        public byte res[];  
        public static int count = 5;  
        public NumberPrint(int number, byte a[]){  
            this.number = number;  
            res = a;  
        }  
        public void run(){  
            synchronized (res){  
                while(count-- > 0){  
                    try {  
                        res.notify();//唤醒等待res资源的线程，把锁交给线程（该同步锁执行完毕自动释放锁）  
                        System.out.println(" "+number);  
                        res.wait();//释放CPU控制权，释放res的锁，本线程阻塞，等待被唤醒。  
                        System.out.println("------线程"+Thread.currentThread().getName()+"获得锁，wait()后的代码继续运行："+number);  
                    } catch (InterruptedException e) {  
                        // TODO Auto-generated catch block  
                        e.printStackTrace();  
                    }  
                }//end of while  
                return;  
            }//synchronized  
              
        }  
    }  
    public class WaitNotify {
        public static void main(String args[]){  
            final byte a[] = {0};//以该对象为共享资源  
            new Thread(new NumberPrint((1),a),"1").start();  
            new Thread(new NumberPrint((2),a),"2").start();  
        }  
    }

输出结果：

 1  
 2  
------线程1获得锁，wait()后的代码继续运行：1  
 1  
------线程2获得锁，wait()后的代码继续运行：2  
 2  
------线程1获得锁，wait()后的代码继续运行：1  
 1  
------线程2获得锁，wait()后的代码继续运行：2

【3】Lock JDK5新增加Lock接口以及它的一个实现类ReentrantLock（重入锁），也可以实现多线程的同步； 1）lock()：以阻塞的方式获取锁，也就是说，如果获取到了锁，就会执行，其他线程需要等待，unlock()锁后别的线程才能执行，如果别的线程持有锁，当前线程等待，直到获取锁后返回。

public int consume(){
        int m = 0;
        try {
            lock.lock();
            while(ProdLine.size() == 0){
                System.out.println("队列是空的，请稍候");
                empty.await();
            }
            m = ProdLine.removeFirst();
            full.signal(); 
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally{
            lock.unlock();
            return m;
        }
    }

2）tryLock()。以非阻塞的方式获取锁。只是尝试性地去获取一下锁，如果获取到锁，立即返回true，否则，返回false。 3）tryLock(long timeout,TimeUnit unit)。在给定的时间单元内，获取到了锁返回true，否则false。 4）lockInterruptibly().如果获取了锁，立即返回；如果没有锁，当前线程处于休眠状态，直到获取锁，或者当前线程被中断（会收到InterruptedException异常）。它与lock()方法最大的区别在于如果()方法获取不到锁，就会一直处于阻塞状态，且会忽略Interrupt()方法。

八、sleep()方法与wait()方法有什么区别？

sleep()是使线程暂停执行一段时间的方法。wait()也是一种使线程暂停执行的方法，直到被唤醒或等待时间超时。区别：

1）原理不同：sleep()方法是Thread类的静态方法，是线程用来控制自身流程的，它会使此线程暂停执行一段时间，而把执行机会让给其他线程，等到时间一到，此线程会自动“苏醒”。 wait()方法是Object类的方法，用于线程间通讯，这个方法会使当前线程拥有该对象锁的进程等待，直到其他线程调用notify()方法（或notifyAll方法）时才“醒”来，不过开发人员可可以给它指定一个时间，自动“醒”来。与wait()方法配套的方法还有notify()和notifyAll()方法。 2）对锁的处理机制不同。由于sleep()方法的主要作用是让线程暂停执行一段时间，时间一到则自动恢复，不涉及线程间的通讯，因此，调用sleep()方法并不会释放锁。而wait()方法则不同，调用后会释放掉他所占用的锁，从而使线程所在对象中的其他synchronized数据可被别的线程使用。 3）使用区域不同，由于wait()的特殊意义，因此它必须放在同步控制方法或者同步代码块中使用，而sleep()则可以放在任何地方使用。 4）sleep()方法必须捕获异常，而wait()、notify()、notifyAll()不需要捕获异常。在sleep的过程中，有可能被其他对象调用它的interrupt()，产生InterruptedException异常。 sleep不会释放“锁标志”，容易导致死锁问题的发生，因此，一般情况下，不推荐使用sleep()方法。而推荐使用wait()方法。

九、sleep()与yield()的区别？

1）sleep()给其他线程运行机会时，不考虑线程的优先级，因此会给低优先级的线程以运行的机会，而yield()方法只会给相同优先级或更高优先级的线程以运行的机会。 2）sleep()方法会转入阻塞状态，所以，执行sleep()方法的线程在指定的时间内不会被执行，而yield()方法只是使当前线程重新回到可执行状态，所以执行yield()方法的线程很可能在进入到可执行状态后马上又被执行。

十、终止线程的方法有哪些？

1）stop()方法，它会释放已经锁定的所有监视资源，如果当前任何一个受监视资源保护的对象处于一个不一致的状态（执行了一部分），其他线程线程将会获取到修改了的部分值，这个时候就可能导致程序执行结果的不确定性，并且这种问题很难被定位。 2）suspend()方法，容易发生死锁。因为调用suspend()方法不会释放锁，这就会导致此线程挂起。鉴于以上两种方法的不安全性，Java语言已经不建议使用以上两种方法来终止线程了。 3）一般建议采用的方法是让线程自行结束进入Dead状态。一个线程进入Dead状态，既执行完run()方法，也就是说提供一种能够自动让run()方法结束的方式，在实际中，我们可以通过flag标志来控制循环是否执行，从而使线程离开run方法终止线程。

public class MyThread implements Runnable{
 private volatile Boolean flag;
 public void stop(){
     flag=false;
 }
 public void run(){
  while(flag);//do something
 }
}

上述通过stop()方法虽然可以终止线程，但同样也存在问题；当线程处于阻塞状态时（sleep()被调用或wait()方法被调用或当被I/O阻塞时）,上面介绍的方法就不可用了。此时使用interrupt()方法来打破阻塞的情况，当interrupt()方法被调用时，会跑出interruptedException异常，可以通过在run()方法中捕获这个异常来让线程安全退出。

public class MyThread{
  public static void main(String[] args){
    Thread thread = new Thread(new MyThread);
    public void run(){
       System.out.println("thread go to sleep");
       try{
            //用休眠来模拟线程被阻塞
            Thread.sleep(5000);
            System.out.println("thread finish");
          } catch (InterruptedException e){
            System.out.println("thread is interrupted!);
           }
     } 
   }
}
thread.start();
therad.interrupt();

程序运行结果：thread go to sleep thread is interrupted! 如果I/0停滞，进入非运行状态，基本上要等到I/O完成才能离开这个状态。或者通过出发异常，使用readLine()方法在等待网络上的一个信息，此时线程处于阻塞状态，让程序离开run()就出发close()方法来关闭流，这个时候就会跑出IOException异常，通过捕获此异常就可以离开run()。

十一、synchronized与Lock有什么异同?

Java语言中提供了两种锁机制的实现对某个共享资源的同步；synchronized和Lock。其中synchronized使用Object类对象本身的notify()、wait()、notifyAll()调度机制，而Lock使用condition包进行线程之间的调度，完成synchronized实现的所有功能 1）用法不一样。synchronized既可以加在方法上，也可以加在特定的代码块中，括号中表示需要的锁对象。而Lock需要显式的指定起始位置和终止位置。synchronized是托管给JVM执行的，而Lock的锁定是通过代码实现，他有比synchronized更精确的线程语义。 2）性能不一样。在JDK5中增加了一个Lock接口的实现类ReentrantLock。它不仅拥有和synchronized相同的并发性和内存语义、还多了锁投票、定时锁、等候锁和中断锁。它们的性能在不同的情况下会有所不同；在资源竞争不激烈的情况下，synchronized的性能要优于RenntrantLock，但是资源竞争激烈的情况下，synchronized性能会下降的非常快，而ReentrantLock的性能基本保持不变。 3）锁机制不一样。synchronized获得锁和释放锁的方式都是在块结构中，当获取多个锁时，必须以相反的顺序释放，并且自动解锁，而condition中的await()、signal()、signalAll()能够指定要释放的锁。不会因为异常而导致锁没有被释放从而引发死锁的问题。而Lock则需要开发人员手动释放，并且必须放在finally块中释放，否则会引起死锁问题。此外，Lock还提供了更强大的功能，他的tryLock()方法可以采用非阻塞的方式去获取锁。虽然synchronized与Lock都可以实现多线程的同步，但是最好不要同时使用这两种同步机制给统一共享资源加锁（不起作用），因为ReentrantLock与synchronized所使用的机制不同，所以它们运行时独立的，相当于两个种类的锁，在使用的时候互不影响。

面试题：

【1】当一个线程进入一个对象的synchronized()方法后，其他线程是否能够进入此对象的其他方法？答案：其他线程可进入此对象的非synchronized修饰的方法。如果其他方法有synchronized修饰，都用的是同一对象锁，就不能访问。

【2】如果其他方法是静态方法，且被synchronized修饰，是否可以访问？答案：可以的，因为static修饰的方法，它用的锁是当前类的字节码，而非静态方法使用的是this，因此可以调用。

十二、什么是守护线程？

Java提供了两种线程：守护线程和用户线程。守护线程又被称为“服务进程”、“精灵线程”、“后台线程”，是指在程序运行时在后台提供一种通用服务的线程，这种线程并不属于程序中不可或缺的部分，通俗点讲，每一个守护线程都是JVM中非守护线程的“保姆”。典型例子就是“垃圾回收器”。只要JVM启动，它始终在运行，实时监控和管理系统中可以被回收的资源。用户线程和守护线程几乎一样，唯一的不同就在于如果用户线程已经全部退出运行，只剩下守护线程运行，JVM也就退出了因为当所有非守护线程结束时，没有了守护者，守护线程就没有工作可做，也就没有继续运行程序的必要了，程序也就终止了，同时会“杀死”所有的守护线程。也就是说，只要有任何非守护线程运行，程序就不会终止。 Java语言中，守护线程优先级都较低，它并非只有JVM内部提供，用户也可以自己设置守护线程，方法就是在调用线程的start()方法之前，设置setDaemon(true)方法，若将参数设置为false,则表示用户进程模式。需要注意的是，守护线程中产生的其它线程都是守护线程，用户线程也是如此。

线程类：

package com.sunhui.Thread;

public class ThreadDaemon extends Thread {
	@Override
	public void run() {
		for(int i = 0 ; i<100;i++) {
			System.out.println(getName()+":"+i);
		}
	}
}

守护线程测试类：

package com.sunhui.Thread;
/*
 * public final void setDaemon(boolean on)：是否设置为守护进程。true：是；false：否
 */
public class ThreadDaemonTest {
	public static void main(String[] args) {
		ThreadDaemon td1 = new ThreadDaemon ();
		ThreadDaemon td2 = new ThreadDaemon ();
		td1.setName("关羽");
		td2.setName("张飞");

		//添加守护线程
		td1.setDaemon(true);
		td2.setDaemon(true);
	
		td1.start();
		td2.start();
		
		Thread.currentThread().setName("刘备");
		for(int i=0;i<5;i++) {
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
		}
	}
}

输出结果：

刘备:0
关羽:0
张飞:0
关羽:1
刘备:1
关羽:2
张飞:1
关羽:3
关羽:4
关羽:5
刘备:2
关羽:6
张飞:2
张飞:3
关羽:7
刘备:3
关羽:8
张飞:4
关羽:9
刘备:4
关羽:10
关羽:11
关羽:12
关羽:13
关羽:14
关羽:15
关羽:16
关羽:17

解释：

关羽线程和张飞线程均设置为守护线程，刘备线程为用户进程。这三个线程均随机抢占CPU的使用权，当刘备抢占并且运行完毕之后，关羽和张飞这两个线程将在某一时间死亡，切记并不是立刻死亡，而是刘备线程执行完毕的一段时间后。

十三、join()方法的作用是什么？

在Java语言中，join()方法的作用是让调用该方法的线程在执行完run()方法后，再执行join方法后面的代码。简单点说就是将两个线程合并，并实现同步功能。具体而言，可以通过线程A的join()方法来等待线程A的结束，或者使用线程A的join(2000)方法来等待线程A的结束，但最多只等2s。示例如下：

class ThreadImp implements Runnable{
  public void run(){
    try{
       System.out.println("Begin ThreadImp");
       Thread.sleep(5000);
       System.out.println("End ThreadImp");
    }catch(InterruptedException e){
       e.printStackTrace();
    }
  }
}

public class JoinTest{
  public static void main(String[] args){
    Thread t = new Thread(new ThreadImp());
    t.start();
    try{
         t.join(1000);//主线程等待1s
         if（t.isAlive()){
            System.out.println("t has not finished");
         }else{
            System.out.println("t has finished");
         }
       System.out.println("joinFinish");
    }catch(InterruptedExcetion e){
       e.printStackTrace();
    }
  }
}

运行结果：Begin ThreadImp t has not finished joinFinish End ThreadImp

发布者：全栈程序员栈长，转载请注明出处：https://javaforall.cn/143032.html原文链接：https://javaforall.cn

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原始发表：2022年5月2，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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