摘要：多線程和并發(fā)問題是技術(shù)面試中面試官比較喜歡問的問題之一。線程可以被稱為輕量級進(jìn)程。一個守護(hù)線程是在后臺執(zhí)行并且不會阻止終止的線程。其他的線程狀態(tài)還有，和。上下文切換是多任務(wù)操作系統(tǒng)和多線程環(huán)境的基本特征。

多線程和并發(fā)問題是 Java 技術(shù)面試中面試官比較喜歡問的問題之一。在這里，從面試的角度列出了大部分重要的問題，但是你仍然應(yīng)該牢固的掌握J(rèn)ava多線程基礎(chǔ)知識來對應(yīng)日后碰到的問題。（校對注：非常贊同這個觀點）

一個進(jìn)程是一個獨立(self contained)的運行環(huán)境，它可以被看作一個程序或者一個應(yīng)用。而線程是在進(jìn)程中執(zhí)行的一個任務(wù)。Java運行環(huán)境是一個包含了不同的類和程序的單一進(jìn)程。線程可以被稱為輕量級進(jìn)程。線程需要較少的資源來創(chuàng)建和駐留在進(jìn)程中，并且可以共享進(jìn)程中的資源。

在多線程程序中，多個線程被并發(fā)的執(zhí)行以提高程序的效率，CPU不會因為某個線程需要等待資源而進(jìn)入空閑狀態(tài)。多個線程共享堆內(nèi)存(heap memory)，因此創(chuàng)建多個線程去執(zhí)行一些任務(wù)會比創(chuàng)建多個進(jìn)程更好。舉個例子，Servlets比CGI更好，是因為Servlets支持多線程而CGI不支持。

當(dāng)我們在Java程序中創(chuàng)建一個線程，它就被稱為用戶線程。一個守護(hù)線程是在后臺執(zhí)行并且不會阻止JVM終止的線程。當(dāng)沒有用戶線程在運行的時候，JVM關(guān)閉程序并且退出。一個守護(hù)線程創(chuàng)建的子線程依然是守護(hù)線程。

有兩種創(chuàng)建線程的方法：一是實現(xiàn)Runnable接口，然后將它傳遞給Thread的構(gòu)造函數(shù)，創(chuàng)建一個Thread對象；二是直接繼承Thread類。若想了解更多可以閱讀這篇關(guān)于如何在Java中創(chuàng)建線程的文章。

當(dāng)我們在Java程序中新建一個線程時，它的狀態(tài)是New。當(dāng)我們調(diào)用線程的start()方法時，狀態(tài)被改變?yōu)镽unnable。線程調(diào)度器會為Runnable線程池中的線程分配CPU時間并且講它們的狀態(tài)改變?yōu)镽unning。其他的線程狀態(tài)還有Waiting，Blicked 和Dead。讀這篇文章可以了解更多關(guān)于線程生命周期的知識。

當(dāng)然可以，但是如果我們調(diào)用了Thread的run()方法，它的行為就會和普通的方法一樣，為了在新的線程中執(zhí)行我們的代碼，必須使用Thread.start()方法。

我們可以使用Thread類的Sleep()方法讓線程暫停一段時間。需要注意的是，這并不會讓線程終止，一旦從休眠中喚醒線程，線程的狀態(tài)將會被改變?yōu)镽unnable，并且根據(jù)線程調(diào)度，它將得到執(zhí)行。

每一個線程都是有優(yōu)先級的，一般來說，高優(yōu)先級的線程在運行時會具有優(yōu)先權(quán)，但這依賴于線程調(diào)度的實現(xiàn)，這個實現(xiàn)是和操作系統(tǒng)相關(guān)的(OS dependent)。我們可以定義線程的優(yōu)先級，但是這并不能保證高優(yōu)先級的線程會在低優(yōu)先級的線程前執(zhí)行。線程優(yōu)先級是一個int變量(從1-10)，1代表最低優(yōu)先級，10代表最高優(yōu)先級。

線程調(diào)度器是一個操作系統(tǒng)服務(wù)，它負(fù)責(zé)為Runnable狀態(tài)的線程分配CPU時間。一旦我們創(chuàng)建一個線程并啟動它，它的執(zhí)行便依賴于線程調(diào)度器的實現(xiàn)。時間分片是指將可用的CPU時間分配給可用的Runnable線程的過程。分配CPU時間可以基于線程優(yōu)先級或者線程等待的時間。線程調(diào)度并不受到Java虛擬機(jī)控制，所以由應(yīng)用程序來控制它是更好的選擇（也就是說不要讓你的程序依賴于線程的優(yōu)先級）。

上下文切換是存儲和恢復(fù)CPU狀態(tài)的過程，它使得線程執(zhí)行能夠從中斷點恢復(fù)執(zhí)行。上下文切換是多任務(wù)操作系統(tǒng)和多線程環(huán)境的基本特征。

我們可以使用Thread類的joint()方法來確保所有程序創(chuàng)建的線程在main()方法退出前結(jié)束。這里有一篇文章關(guān)于Thread類的joint()方法 。

當(dāng)線程間是可以共享資源時，線程間通信是協(xié)調(diào)它們的重要的手段。Object類中wait() otify() otifyAll()方法可以用于線程間通信關(guān)于資源的鎖的狀態(tài)。點擊這里有更多關(guān)于線程wait, notify和notifyAll.

Java的每個對象中都有一個鎖(monitor，也可以成為監(jiān)視器) 并且wait()，notify()等方法用于等待對象的鎖或者通知其他線程對象的監(jiān)視器可用。在Java的線程中并沒有可供任何對象使用的鎖和同步器。這就是為什么這些方法是Object類的一部分，這樣Java的每一個類都有用于線程間通信的基本方法

當(dāng)一個線程需要調(diào)用對象的wait()方法的時候，這個線程必須擁有該對象的鎖，接著它就會釋放這個對象鎖并進(jìn)入等待狀態(tài)直到其他線程調(diào)用這個對象上的notify()方法。同樣的，當(dāng)一個線程需要調(diào)用對象的notify()方法時，它會釋放這個對象的鎖，以便其他在等待的線程就可以得到這個對象鎖。由于所有的這些方法都需要線程持有對象的鎖，這樣就只能通過同步來實現(xiàn)，所以他們只能在同步方法或者同步塊中被調(diào)用。

Thread類的sleep()和yield()方法將在當(dāng)前正在執(zhí)行的線程上運行。所以在其他處于等待狀態(tài)的線程上調(diào)用這些方法是沒有意義的。這就是為什么這些方法是靜態(tài)的。它們可以在當(dāng)前正在執(zhí)行的線程中工作，并避免程序員錯誤的認(rèn)為可以在其他非運行線程調(diào)用這些方法。

在Java中可以有很多方法來保證線程安全——同步，使用原子類(atomic concurrent classes)，實現(xiàn)并發(fā)鎖，使用volatile關(guān)鍵字，使用不變類和線程安全類。在線程安全教程中，你可以學(xué)到更多。

當(dāng)我們使用volatile關(guān)鍵字去修飾變量的時候，所以線程都會直接讀取該變量并且不緩存它。這就確保了線程讀取到的變量是同內(nèi)存中是一致的。

同步塊是更好的選擇，因為它不會鎖住整個對象（當(dāng)然你也可以讓它鎖住整個對象）。同步方法會鎖住整個對象，哪怕這個類中有多個不相關(guān)聯(lián)的同步塊，這通常會導(dǎo)致他們停止執(zhí)行并需要等待獲得這個對象上的鎖。

使用Thread類的setDaemon(true)方法可以將線程設(shè)置為守護(hù)線程，需要注意的是，需要在調(diào)用start()方法前調(diào)用這個方法，否則會拋出IllegalThreadStateException異常。

ThreadLocal用于創(chuàng)建線程的本地變量，我們知道一個對象的所有線程會共享它的全局變量，所以這些變量不是線程安全的，我們可以使用同步技術(shù)。但是當(dāng)我們不想使用同步的時候，我們可以選擇ThreadLocal變量。
每個線程都會擁有他們自己的Thread變量，它們可以使用get()set()方法去獲取他們的默認(rèn)值或者在線程內(nèi)部改變他們的值。ThreadLocal實例通常是希望它們同線程狀態(tài)關(guān)聯(lián)起來是private static屬性。在ThreadLocal例子這篇文章中你可以看到一個關(guān)于ThreadLocal的小程序。

ThreadGroup是一個類，它的目的是提供關(guān)于線程組的信息。
ThreadGroup API比較薄弱，它并沒有比Thread提供了更多的功能。它有兩個主要的功能：一是獲取線程組中處于活躍狀態(tài)線程的列表；二是設(shè)置為線程設(shè)置未捕獲異常處理器(ncaught exception handler)。但在Java 1.5中Thread類也添加了setUncaughtExceptionHandler(UncaughtExceptionHandler eh) 方法，所以ThreadGroup是已經(jīng)過時的，不建議繼續(xù)使用。

    t1.setUncaughtExceptionHandler(new UncaughtExceptionHandler(){

    @Override
    public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
    System.out.println("exception occured:"+e.getMessage());
    }

    });

線程轉(zhuǎn)儲是一個JVM活動線程的列表，它對于分析系統(tǒng)瓶頸和死鎖非常有用。有很多方法可以獲取線程轉(zhuǎn)儲——使用Profiler，Kill -3命令，jstack工具等等。我更喜歡jstack工具，因為它容易使用并且是JDK自帶的。由于它是一個基于終端的工具，所以我們可以編寫一些腳本去定時的產(chǎn)生線程轉(zhuǎn)儲以待分析。讀這篇文檔可以了解更多關(guān)于產(chǎn)生線程轉(zhuǎn)儲的知識。

死鎖是指兩個以上的線程永遠(yuǎn)阻塞的情況，這種情況產(chǎn)生至少需要兩個以上的線程和兩個以上的資源。

分析死鎖，我們需要查看Java應(yīng)用程序的線程轉(zhuǎn)儲。我們需要找出那些狀態(tài)為BLOCKED的線程和他們等待的資源。每個資源都有一個唯一的id，用這個id我們可以找出哪些線程已經(jīng)擁有了它的對象鎖。

避免嵌套鎖，只在需要的地方使用鎖和避免無限期等待是避免死鎖的通常辦法，閱讀這篇文章去學(xué)習(xí)如何分析死鎖。

java.util.Timer是一個工具類，可以用于安排一個線程在未來的某個特定時間執(zhí)行。Timer類可以用安排一次性任務(wù)或者周期任務(wù)。

java.util.TimerTask是一個實現(xiàn)了Runnable接口的抽象類，我們需要去繼承這個類來創(chuàng)建我們自己的定時任務(wù)并使用Timer去安排它的執(zhí)行。

這里有關(guān)于java Timer的例子。

一個線程池管理了一組工作線程，同時它還包括了一個用于放置等待執(zhí)行的任務(wù)的隊列。

java.util.concurrent.Executors提供了一個 java.util.concurrent.Executor接口的實現(xiàn)用于創(chuàng)建線程池。線程池例子 展現(xiàn)了如何創(chuàng)建和使用線程池，或者閱讀 ScheduledThreadPoolExecutor 例子，了解如何創(chuàng)建一個周期任務(wù)。

原子操作是指一個不受其他操作影響的操作任務(wù)單元。原子操作是在多線程環(huán)境下避免數(shù)據(jù)不一致必須的手段。

int++并不是一個原子操作，所以當(dāng)一個線程讀取它的值并加1時，另外一個線程有可能會讀到之前的指，這就會引發(fā)錯誤。

為了解決這個問題，必須保證增加操作是原子的，在JDK1.5之前我們可以使用同步技術(shù)來做到這一點。到JDK1.5，java.util.concurrent.atomic包提供了int和long類型的裝類，它們可以自動的保證對于他們的操作是原子的并且不需要使用同步?？梢蚤喿x這篇文章來了解Java的atomic類。

Lock接口比同步方法和同步塊提供了更具擴(kuò)展性的鎖操作。他們允許更靈活的結(jié)構(gòu)，可以具有溫泉不同的性質(zhì)，并且可以支持多個相關(guān)類的條件對象。

它的優(yōu)勢有：

可以使鎖更公平
可以使線程在等待鎖的時候響應(yīng)中斷
可以讓線程嘗試獲取鎖，并在無法獲取鎖的時候立即返回或者等待一段時間
可以在不同的范圍，以不同的順序獲取和釋放鎖
閱讀更多關(guān)于鎖的例子。

Executor框架同java.util.concurrent.Executor 接口在Java 5中被引入。Executor框架是一個根據(jù)一組執(zhí)行策略調(diào)用，調(diào)度，執(zhí)行和控制的異步任務(wù)的框架。

無限制的創(chuàng)建線程會引起應(yīng)用程序內(nèi)存溢出。所以創(chuàng)建一個線程池是個更好的的解決方案，因為可以限制線程的數(shù)量并且可以回收再利用這些線程。利用Executors框架可以非常方便的創(chuàng)建一個線程池，閱讀這篇文章可以了解如何使用Executor框架創(chuàng)建一個線程池。

java.util.concurrent.BlockingQueue的特性是：當(dāng)隊列是空的時，從隊列中獲取或刪除元素的操作將會被阻塞，或者當(dāng)隊列是滿時，往隊列里添加元素的操作會被阻塞。

阻塞隊列不接受空值，當(dāng)你嘗試向隊列中添加空值的時候，它會拋出NullPointerException。

阻塞隊列的實現(xiàn)都是線程安全的，所有的查詢方法都是原子的并且使用了內(nèi)部鎖或者其他形式的并發(fā)控制。

BlockingQueue 接口是java collections框架的一部分，它主要用于實現(xiàn)生產(chǎn)者-消費者問題。

閱讀這篇文章了解如何使用阻塞隊列實現(xiàn)生產(chǎn)者-消費者問題。

Java 5在concurrency包中引入了java.util.concurrent.Callable 接口，它和Runnable接口很相似，但它可以返回一個對象或者拋出一個異常。

Callable接口使用泛型去定義它的返回類型。Executors類提供了一些有用的方法去在線程池中執(zhí)行Callable內(nèi)的任務(wù)。由于Callable任務(wù)是并行的，我們必須等待它返回的結(jié)果。java.util.concurrent.Future對象為我們解決了這個問題。在線程池提交Callable任務(wù)后返回了一個Future對象，使用它我們可以知道Callable任務(wù)的狀態(tài)和得到Callable返回的執(zhí)行結(jié)果。Future提供了get()方法讓我們可以等待Callable結(jié)束并獲取它的執(zhí)行結(jié)果。

閱讀這篇文章了解更多關(guān)于Callable，F(xiàn)uture的例子。

FutureTask是Future的一個基礎(chǔ)實現(xiàn)，我們可以將它同Executors使用處理異步任務(wù)。通常我們不需要使用FutureTask類，單當(dāng)我們打算重寫Future接口的一些方法并保持原來基礎(chǔ)的實現(xiàn)是，它就變得非常有用。我們可以僅僅繼承于它并重寫我們需要的方法。閱讀Java FutureTask例子，學(xué)習(xí)如何使用它。

Java集合類都是快速失敗的，這就意味著當(dāng)集合被改變且一個線程在使用迭代器遍歷集合的時候，迭代器的next()方法將拋出ConcurrentModificationException異常。

并發(fā)容器支持并發(fā)的遍歷和并發(fā)的更新。

主要的類有ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList 和CopyOnWriteArraySet，閱讀這篇文章了解如何避免ConcurrentModificationException。

Executors為Executor，ExecutorService，ScheduledExecutorService，ThreadFactory和Callable類提供了一些工具方法。

Executors可以用于方便的創(chuàng)建線程池。

原文：Java Multi-Threading and Concurrency Interview Questions with Answers
翻譯：并發(fā)編程網(wǎng) - 鄭旭東 校對：方騰飛