惊爆!Java并发编程面试题大揭秘，22 道题让你轻松应对

铁汁们，想在并发编程面试中脱颖而出吗？那就赶紧来看看这 22 道 Java 并发编程面试题及答案吧！

面试题 1: 什么是线程安全？请举例说明如何创建一个线程安全的类。

答案: 当一个对象被多个线程访问，并且不需要外部同步就可以保证数据的一致性时，这个对象就是线程安全的。要使类线程安全，可以通过使用`synchronized`关键字来控制对共享资源的访问，或者使用`java.util.concurrent`包下的原子变量、锁等工具。

示例:

public class SafeCounter {

private int count = 0;

public synchronized void increment() {

count++;

}

public synchronized int getCount() {

return count;

}

}

面试题 2: 解释`synchronized`关键字在Java中的作用。

答案: `synchronized`关键字可以用来控制多线程对共享资源的访问。它确保一次只有一个线程能够执行特定代码块或方法。当一个线程进入`synchronized`代码块或方法时，其他试图进入该同步区域的线程将被阻塞，直到当前线程离开同步区域。

面试题 3: volatile关键字的作用是什么？

答案: `volatile`关键字用于指示Java虚拟机，该变量可能会被程序外的因素更改（例如操作系统、硬件或其他线程）。它确保了变量的可见性，即一个线程修改了`volatile`变量后，修改会立即被其他线程看到。

面试题 4: Java中有哪些主要的并发工具类？

答案: 主要有以下几类：

(1)Executor框架相关类如`ThreadPoolExecutor`、`ScheduledThreadPoolExecutor`。

(2)并发集合如`ConcurrentHashMap`、`CopyOnWriteArrayList`。

(3)同步辅助类如`CountDownLatch`、`CyclicBarrier`、`Semaphore`。

(4)原子操作类如`AtomicInteger`、`AtomicLong`等。

面试题 5: 什么是死锁？如何避免？

答案: 死锁是指两个或更多进程永久地阻塞，每个都在等待另一个释放它持有的资源。避免死锁的方法包括：

(1)按顺序获取锁。

(2)使用定时锁尝试。

(3)避免嵌套锁。

(4)使用`Lock`接口提供的`tryLock()`方法。

面试题 6: 解释`ReentrantLock`与`synchronized`的区别。

答案: `ReentrantLock`提供了比`synchronized`更细粒度的锁定控制。例如，它可以尝试非阻塞地获取锁、支持公平锁策略等。而`synchronized`更加简洁易用，是内置语言级别的锁机制。

面试题 7: 什么是`ThreadLocal`？它有什么用途？

答案: `ThreadLocal`为每个线程提供独立的变量副本，从而实现线程间的隔离。它常用于存储线程局部的数据，比如数据库连接、事务信息等。

面试题 8: 如何优雅地停止一个线程？

答案: 推荐使用标志位的方式，结合`Thread.interrupt()`方法。首先设置线程内某标志位表示需要停止，然后在线程体内部定期检查此标志位是否被设置，并据此决定是否提前退出。

面试题 9: 介绍下`Fork/Join`框架的工作原理。

答案: `Fork/Join`是一种用于并行执行任务的框架，特别适合处理可以分解成多个小任务的问题。工作窃取算法是其核心特性之一，它允许空闲的任务队列从忙碌的队列中“窃取”任务来执行。

面试题 10: `Callable`接口与`Runnable`接口的主要区别是什么？

答案: `Callable`接口类似于`Runnable`，但它允许返回结果并且可以抛出异常。此外，`Callable`通常与`Future`一起使用来获取异步计算的结果，而`Runnable`则没有这些功能。

面试题 11: 在Java中，`wait()`和`notify()`与`Condition`接口之间有什么区别？

答案:

(1)`wait()` 和 `notify()` 是`Object`类的方法，必须在`synchronized`上下文中调用。

(2) `Condition` 接口提供了更灵活的等待/通知机制，允许将一个锁与多个条件关联起来。

(3)`Condition` 可以实现精准的通知，而不是像`notify()`那样唤醒任意一个等待线程。

(4)`Condition` 提供了更丰富的API，比如`awaitUntil`和`signalAll`。

面试题 12: 什么是内存一致性错误？Java是如何解决这个问题的？

答案:

(1)内存一致性错误发生在多线程环境中，当一个线程对某个变量的更新对于另一个线程不可见时。

(2)Java通过定义了Java内存模型（JMM）来规范线程之间的交互规则，确保了在不同处理器架构上的一致性行为。

(3)使用`volatile`关键字和`synchronized`关键字可以帮助避免这类错误，因为它们强制了内存可见性和顺序性。

面试题 13: 解释一下`java.util.concurrent.atomic`包中的`AtomicReference`类。

答案:

(1)`AtomicReference` 类提供了一种方式来创建原子引用，它允许你对对象引用进行原子操作，比如比较并交换(`compareAndSet`)。

(2)它对于构建无锁算法非常有用，因为它可以在不使用锁的情况下保证操作的原子性。

(3)适用于需要原子性更新的对象引用场景，比如实现线程安全的单例模式。

面试题 14: 什么是伪共享(False Sharing)？如何检测和避免它？

答案:

(1)伪共享发生在不同的缓存行被映射到相同的物理内存地址时，即使这些缓存行属于不同的变量。

(2)当一个线程修改了一个变量，会导致整个缓存行失效，从而影响到其他线程访问同一缓存行上的其他变量。

(3)检测伪共享通常需要性能分析工具，如JProfiler或VisualVM。

(4)避免伪共享可以通过填充字段（padding）来增加变量间的距离，确保它们位于不同的缓存行上。

面试题 15: 什么是非公平锁和公平锁？它们各自的优缺点是什么？

答案:

(1)公平锁按照请求锁的顺序来分配锁给线程，保证了锁的获取是公平的。

(2)非公平锁允许线程插队，即允许刚释放锁的线程立即重新获得锁，这可能导致某些线程长时间得不到锁。

(3)公平锁的优点在于所有线程都有机会获得锁，但可能牺牲了吞吐量；非公平锁可能提高系统吞吐量，但在某些情况下会导致线程饥饿。

面试题 16: 描述一下`CompletableFuture`的工作原理以及它的主要应用场景。

答案:

(1)`CompletableFuture`代表了一个异步计算的结果。

(2)它支持链式调用，可以很容易地组合多个异步操作。

(3)主要应用场景包括网络请求、数据库查询等耗时操作的异步处理。

(4)它还支持多种组合方式，比如`thenApply`, `thenCompose`, `thenAccept`, `thenRun`等，以及异常处理和取消任务的能力。

面试题 17: 在高并发场景下，如何设计一个高效的线程池？

答案:

(1)根据应用程序的性质选择合适的线程池类型（固定大小、可变大小、定时调度等）。

(2)考虑CPU密集型还是I/O密集型任务来确定核心线程数。

(3)设置合理的队列容量，防止内存溢出。

(4)对于长期运行的服务，考虑设置超时时间来回收空闲线程。

(5)监控线程池的状态，调整参数以应对负载变化。

面试题 18: 详细解释Java中的CAS（Compare And Swap）机制，它是如何工作的？并讨论其潜在的问题。

答案:

(1)CAS是一种乐观锁技术，它允许线程以非阻塞方式尝试更新共享变量。

(2) 工作原理：CAS包含三个操作数——内存位置（V）、预期旧值（A）和新值（B）。如果内存位置的值等于预期旧值，则更新为新值，否则不做任何操作。

(3)潜在问题包括ABA问题（即一个值从A变为B再变回A，期间发生了变化但CAS检测不到），以及在高竞争环境下可能导致大量的重试开销。

面试题 19: 设计一个线程安全的延迟初始化（Lazy Initialization）单例模式，并解释为什么你的实现是线程安全的。

答案:

(1)使用双重检查锁定（Double-Check Locking）模式加上`volatile`关键字来确保延迟初始化的线程安全性。

代码示例：

public class Singleton {

private static volatile Singleton instance;

private Singleton() {}

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();

}

}

}

return instance;

}

}

(2)`volatile` 关键字确保了可见性，使得当一个线程初始化实例之后，其他线程能看到这个更新。

(3)双重检查锁定减少了同步的开销，只有第一次创建实例时才会加锁。

面试题 20: 请描述`ReadWriteLock`接口，并说明何时应该使用读写锁而非互斥锁。

答案:

(1)`ReadWriteLock` 接口提供了一种锁机制，允许多个读线程同时访问资源，但是当有写线程访问时，所有的读写线程都必须等待。

(2)适用场景：当资源读取远大于写入操作时，使用读写锁可以显著提高并发性能。

(3)示例：数据库查询缓存、配置文件加载等场景，其中大部分操作是只读的，偶尔才会有更新。

面试题 21: 什么是线程局部变量（Thread-Local Variables），并给出一个实际应用的例子。

答案:

(1)线程局部变量是指每个线程都有自己独立的变量副本，互不影响。

(2)实际应用例子：在Web应用中，可以使用`ThreadLocal`来保存用户的Session信息，这样在处理同一个用户的不同请求时可以保持状态。

代码示例：

public class UserContext {

private static final ThreadLocal<User> userHolder = new ThreadLocal<>();

public static void setUser(User user) {

userHolder.set(user);

}

public static User getUser() {

return userHolder.get();

}

public static void removeUser() {

userHolder.remove();

}

}

面试题 22: 解释什么是“活跃性故障”，并列举至少三种常见的活跃性故障及其预防措施。

答案:

(1)活跃性故障,是指虽然程序没有崩溃，但是由于某些原因导致程序无法继续执行或进展缓慢的情况。

(2)常见的活跃性故障包括：

a、死锁：两个或多个线程互相等待对方持有的资源，导致所有线程都无法继续执行。预防措施包括按顺序获取锁、使用超时锁等。

b、活锁：线程不断重复相同的操作而不能前进，例如两个线程都试图避免冲突而不断放弃锁。预防措施是引入随机性或优先级。

c、饥饿：某个线程由于优先级低或者其他原因一直无法获得资源，导致无限期等待。预防措施是确保公平的资源分配或限制优先级高的线程的执行时间。

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