并发编程三要素？

• 三要素主要包括可见性、原子性和有序性
• 可见性：是指一个线程对共享变量的修改能够被其他线程立即看到的特性。
• 原子性：是指一个或多个操作要么全部执行成功，要么全部执行失败，不会被其他因素打断。
• 有序性：是指程序执行的顺序必须符合预期，不能出现乱序的情况。

同步方法和同步块哪个是更好的选择?

• 如果业务需求简单，可以倾向于使用同步方法，因为它更简单直观。但如果需要更细粒度的锁控制，或者想要提高性能和减少死锁风险，同步块是更好的选择。

谈谈原子性？哪些使用到了？

• 原子性：是指一个或多个操作要么全部执行成功，要么全部执行失败，且这个执行过程不会被其他线程打断或干扰。
• 实现方式：
  • 使用synchronized关键字：
    • 通过在方法或代码块上使用synchronized关键字，可以确保同一时间只有一个线程能够执行该方法或代码块，从而实现原子性。但这种方式可能会导致线程阻塞和性能下降。
  • 使用原子类：
    • Java提供了java.util.concurrent.atomic包中的一系列原子类，如AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean等。这些类中的方法都是原子操作，内部使用了CAS（Compare and Swap）等底层机制来确保操作的原子性。这种方式比使用synchronized关键字更高效，因为它不会导致线程阻塞。
  • 使用Lock接口及其实现类：
    • Java还提供了Lock接口及其实现类（如ReentrantLock）来提供比synchronized更灵活的锁机制。通过显式地加锁和解锁，可以确保操作的原子性。但这种方式需要程序员自己管理锁的生命周期，增加了代码的复杂性。

谈谈可见性？哪些使用到了？

• 可见性：是指当一个线程修改了共享变量的值时，这个新值对其他线程来说是可以立即得知的。
• 可见性使用情况：
  • volatile关键字
  • synchronized关键字
  • final关键字
  • Locks和Condition
  • 原子变量类
  • 线程的启动和结束

谈谈有序性？举一个例子？

• 有序性：是指多线程环境下，程序执行顺序的一种保障机制。

什么是线程池？

• 线程池：是一种重用线程的机制，它可以在需要时创建线程，而不是每次都创建新的线程。
• 线程池核心参数：最大线程数、拒绝策略、核心线程数、任务队列、线程空闲时间
• 常见类型：固定大小线程池(FixedThreadPool)、缓存线程池(CachedThreadPool)、单线程池(SingleThreadPool)、定时线程池(ScheduledThreadPool)、工作窃取线程池

线程池有哪些创建方式？

• 使用Executors工厂类
• 直接使用ThreadPoolExecutor类
• 使用Executors工厂方法的变体
• 使用ForkJoinPool

谈谈四种线程池的创建？

• Executors.newCachedThreadPool：创建一个可根据需要创建新线程的线程池，并允许自定义线程工厂。
• Executors.newFixedThreadPool：创建一个可重用固定线程数的线程池，并允许自定义线程工厂。
• Executors.newSingleThreadExecutor：创建一个只有一个线程的线程池，并允许自定义线程工厂。
• Executors.newScheduledThreadPool：创建一个用于延迟执行或定期执行任务的线程池，并允许自定义线程工厂。

newCachedThreadPool？

• 缓存线程池：不固定线程数量，可以根据需要自动创建新线程，适用于短期异步任务。

newFixedThreadPool ？

• 固定大小线程池：包含固定数量的线程，适用于需要限制并发线程数量的场景。

newScheduledThreadPool ？

• 定时线程池：可以执行定时任务和周期性任务。

newSingleThreadExecutor ？

• 单线程池：只包含一个工作线程，保证所有任务按顺序执行，适用于需要保持任务顺序执行的场景。

多线程的优缺点？

• 优点：提高性能、改善响应性、资源利用率高、并行处理、代码模块化、提高吞吐量
• 缺点：复杂性增加、竞争条件、死锁、上下文切换开销、资源限制、调试困难、不可预测性、线程安全问题

创建线程的有哪些方式？

• 继承Thread类、实现Runnable接口、使用Callable和Future创建、使用线程池

谈谈各种创建线程的优缺点？

• 继承Thread类：
  • 优点：编写简单，容易理解
  • 缺点：由于单继承机制，如果类已经继承另一个类，则无法再继承Thread类
• 实现Runnable接口：
  • 优点：避免了单继承限制，可实现多个接口。更加灵活，可使用lambda表达式、匿名内部类方式简化代码
  • 缺点：需手动管理线程的生命周期
• 使用Callable和Future创建：
  • 优点：可获取线程的返回值。可声明抛出异常
  • 缺点：相比Runnable接口更加复杂，需配合FutureTask使用
• 使用线程池：
  • 优点：提高线程的利用率和系统吞吐量。降低线程创建、销毁的开销。提供更好的线程管理策略，如线程服用、线程缓存等。
  • 确定：需理解线程池的工作原理和配置参数。需注意线程池的资源管理和关闭问题。

对比下你应该选择哪种创建？

• 需要根据具体的应用场景和需求、编码规范来选择合适的方式。

Runnable和Callable的区别？

• 核心方法差异：Runnable接口核心方法是run，Callable接口核心方法是call。
• 使用场景差异：Runnable接口适用简单任务，这些任务不需要返回值，也不会抛出受检异常。Callable接口适用需要返回值的任务或需要抛出受检异常的任务。
• 异常处理差异：Runnable接口无法对异常进行显式的捕获和处理异常。Callable可以抛出受检异常，可以显式的捕获和处理异常。
• 与线程类的关系：Runnable接口可以作为Thread类的构造器参数，通过Thread类来启动线程。不能直接作为Thread类的构造器参数，需通过其他方式(FutureTask类)启动线程。

线程的状态流转图？有哪些状态？

• 线程状态：NEW(新建)、RUNNABLE(可运行)、BLOCKED(阻塞)、WAITING(等待)、TIMED_WAITING(超时等待)、TERMINATED(终止)

线程池的优点？

• 资源管理
• 提高吞吐量
• 性能提升
• 减少上下文切换
• 灵活性
• 异常处理
• 任务调度
• 减少竞争

常用的并发集合类有哪些？

• ConcurrentHashMap
• ConcurrentLinkedQueue
• BlockingQueue接口及其实现
• CopyOnWriteArrayList
• CopyOnWriteArraySet
• ConcurrentSkipListMap
• ConcurrentSkipListSet
• AtomicReference
• Collections.synchronizedMap、Collections.synchronizedList、Collections.synchronizedSet
• Executor框架中的线程安全集合

ConcurrentHashMap实现？

• 分段锁、cas操作和节点级锁定、红黑树优化、弱一致性、容量和负载因子、并发性能
• 是在并发环境下提供高性能，通过减少锁的粒度来实现。
• 使用分段锁实现线程安全。使用cas操作来更新结构，减少锁的使用，提高性能。读操作不需要加锁，减少读操作的开销。写操作尝试使用cas操作更新，更新失败，则使用synchronized锁住当前链表或红黑树的节点。遵循内存一致性原则，确保写操作完成后，后续的读操作能看到最新的值。

CopyOnWriteArrayList实现？

• 主要用于读多写少的场景。
• 数据结构底层使用数组。读操作不加锁，直接操作数组的快照。写操作会创建数组的新副本，在副本上执行修改操作，然后将原数组引用指向新副本。

CopyOnWriteArraySet实现？

• 主要用于读多写少的场景。
• 内部使用一个CopyOnWriteArrayList来存储元素。

谈谈COW?

• COW（Copy-On-Write，写时复制）是一种用于优化并发访问的数据结构实现策略。
• COW的基本思想是在进行写操作时，不直接修改原数据，而是先复制一份副本，然后在副本上进行修改。写操作完成后，再将副本替换为原数据。
• COW实现的并发容器：CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。
• 优势：读操作无需加锁，提高读取效率。避免锁竞争和死锁。适用读多写少的场景。
• 劣势：写操作内存开销大。极端情况下仍存在数据一致性问题。不适用写操作频繁的场景。

常用的并发工具类有哪些？

• Executor框架：Executor接口、Executors工厂类、ExecutorService接口、ScheduledExecutorService接口、ForkJoinPool
• 同步辅助工具：CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore(控制同时访问特定资源的线程数量)、Exchanger(用于两个线程交换数据)、Phaser
• 并发集合：ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue、BlockingQueue接口、CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet
• 原子变量类：AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference、AtomicStampedReference
• 并发工具类：Future、FutureTask、Callable、Runnable、Lock、ReadWriteLock
• 线程池管理工具：ThreadPoolExecutor
• 同步器：ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock

CyclicBarrier和CountDownLatch的应用场景？

• CyclicBarrier：并行任务的等待、一次性事件触发、统计多个线程的执行时间。CyclicBarrier的计数器可以重置，因此可以在所有线程释放后，屏障再次用于下一轮的同步。它适用于需要多次等待多个线程完成任务的场景。
• CountDownLatch：并行计算后的汇总、阶段任务同步、游戏或模拟中的回合制同步、批量处理。CountDownLatch的计数器只能减少，且一旦减为0就不能再次使用。它适用于一次性等待多个线程完成任务的场景。

CyclicBarrier和CountDownLatch的区别？

• CyclicBarrier 适用于需要多个线程在某个点进行协作的场景，可以重复使用。
• CountDownLatch 适用于一个线程等待其他线程完成任务的场景，使用后不能重用。

Semaphore的应用场景？

• 适合于需要限制资源并发访问数量的场景。
• 应用场景：控制并发访问、资源池管理、限流、线程执行顺序控制、互斥锁、实现生产者-消费者模式、保护共享资源

synchronized的作用？底层如何实现？

• 作用：是一种同步机制，用于控制多个线程对共享资源的访问，以确保在任一时刻只有一个线程能够执行特定代码段，从而避免并发问题。
• 底层实现：synchronized是通过Monitor（监视器）来实现的，Monitor是依赖于底层操作系统的互斥锁实现的。

synchronized和ReentrantLock的区别？

• synchronized是java关键字，ReentrantLock是java的类。
• synchronized：
  • 锁无需获取和释放
  • 只支持非公平锁
  • 可以修饰普通方法、静态方法、代码块
  • 低并发情况下，性能比ReentrantLock好
  • 底层是JVM层面通过Monitor(监视器)实现
• reentrantLock:
  • 锁需手动获取和释放
  • 支持公平锁和非公平锁
  • 只能修饰代码块，但可以对代码块进行精细化的控制
  • 高并发情况下，性能通常比synchronized好
  • 底层基于AQS实现

volatile关键字的作用？底层如何实现？

• 作用：
  • 用于确保变量的可见性和禁止指令重排。
  • 当一个变量被声明为volatile时，JVM保证了对该变量的读操作总是返回最新的值，即在任意线程中读取该变量时，都能得到该变量的最新值。
  • 写操作时，volatile变量的值会立即被更新到主内存中，且这个更新对所有线程都是可见的。
• 底层实现：
  • volatile通过内存屏障实现内存可见性
  • 读操作前，插入Load Barrier，使得屏障之前的所有读/写操作都完成后，才执行该读操作
  • 写操作后，插入Store Barrier，使得屏障之后的写操作都完成后，才执行该操作

什么是CAS？底层如何实现？

• CAS是Java并发编程中一种重要的原子操作，用于实现无锁编程。
• 底层实现：
  • CAS的底层实现主要依赖于硬件提供的原子性操作指令和JNI（Java Native Interface）技术。
  • CAS操作通常通过Atomic类实现，类中的CAS方法底层用C语言编写，通过JNI技术调用本地方法实现

CAS有哪些问题？

• ABA问题
  • 当一个线程准备用CAS更新一个变量的值时，另一个线程可能已经将该值从A改为了B，然后又改回了A。此时，第一个线程执行CAS操作时会认为值没有发生变化，从而成功更新值。
  • 解决办法：使用版本号、使用带有标记的原子引用
• 循环时间长开销大
  • CAS操作是基于自旋锁的一种实现方式。如果CAS操作一直不成功，会导致线程长时间处于忙等（Busy-Wait）状态，从而消耗大量的CPU资源。
• 只能保证一个共享变量的原子操作

synchronized、volatile、CAS比较？

• synchronized：保证代码执行的原子性、可见性和有序性
• volatile：用于修饰变量，确保变量的可见性，即一个线程修改了变量的值，新值对其他线程来说是立即可见的。
• CAS：通过比较内存中的值和预期值是否相等，来安全地更新变量的值，通常用于实现原子类，如AtomicInteger。

什么是Future？底层如何实现？

• Future是Java并发编程中的一个重要接口，它代表了异步计算的结果。
• 底层实现：
  • Future是Java并发编程中的一个重要接口，它代表了异步计算的结果。
  • 通过调用Future对象的get()方法来获取任务的结果。
  • Future对象的状态管理通常依赖于AQS框架。
  • Future对象会捕获这个异常并保存在内部状态中。

什么是FutureTask？

• FutureTask 是 Future 接口的一个实现类，同时也实现了 Runnable 接口，因此可以作为线程执行的任务。
• 既可以作为 Future 的实现类来获取任务的执行结果，也可以作为线程执行的任务来执行异步操作。
• FutureTask 允许在一个单独的线程中执行任务，并且可以获取任务的执行结果。

什么是AQS？底层如何实现？

• AQS是Java并发包中的一个核心组件，是构建锁和其他同步器的基础框架。它定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架，为Java并发同步组件提供统一的底层支持。
• 底层实现：内部用一个volatile修饰的int类型的成员变量state来控制同步状态。state = 0表示没有线程正在独占共享资源的锁，state = 1表示有线程正在共享资源的锁

ReadWriteLock读写锁应用场景？

• 应用场景：缓存场景、配置文件修改、共享文档操作、游戏状态管理、社交软件场景
• ReadWriteLock读写锁适用于读多写少的并发场景，通过允许多个线程同时读取共享资源，可以显著提高系统的并发性能。

ReadWriteLock底层实现？

• ReentrantReadWriteLock的底层实现是通过AQS来管理锁的状态和同步操作的。
• 通过将state变量按位拆分来区分读锁和写锁的状态，并提供了读锁和写锁的获取与释放、公平性策略、锁降级等丰富的功能。

ThreadLocal是什么？底层如何实现？

• ThreadLocal是Java提供的一个用于创建线程局部变量的机制，它能够为每个使用该变量的线程提供一个独立的变量副本，从而实现了变量的线程隔离。
• 底层实现：
  • 依赖于Thread类和ThreadLocalMap类。
  • 通过ThreadLocalMap为每个线程提供了独立的变量副本，从而实现了变量的线程隔离。

死锁的常见原因有哪些？

• Java死锁的常见原因涉及多个方面，包括竞争系统资源、锁的嵌套与不当的申请顺序、线程间相互等待、锁失效、饥饿与资源分配不均等。

如何避免死锁?有哪些解决方案？

• 避免同时锁定多个资源
• 使用定时锁
• 使用超时锁定
• 顺序锁定资源
• 减少锁的粒度
• 使用并发控制工具
• 检测死锁
• 避免嵌套锁定
• 使用不可变对象
• 死锁恢复策略

怎么唤醒一个阻塞的线程？

• 使用wait()和notify()/notifyall()
• 使用Lock和Condition
• 改变线程等待的条件
• 使用中断机制

什么是多线程的上下文切换？

• 在多个线程之间进行切换的过程
• 切换原因：
  • 线程阻塞：当一个线程等待I/O操作、获取同步锁或调用某些会挂起线程的方法时，操作系统可能会挂起该线程，并进行上下文切换以运行其他线程。
  • 线程结束：当一个线程执行完毕时，操作系统会进行上下文切换，将CPU控制权交给其他线程。
  • 时间片耗尽：在采用时间片轮转调度的系统中，当一个线程使用完其分配的时间片后，如果它还没有完成执行，操作系统会挂起该线程，并进行上下文切换以运行其他线程。
  • 线程优先级改变：如果一个高优先级的线程变为可运行状态，操作系统可能会挂起当前线程，并进行上下文切换以运行高优先级的线程。

线程调度算法是什么？

• 是指Java虚拟机（JVM）用来决定哪个线程应该获得CPU资源以执行其任务的规则和策略。
• 主要调度算法：
  • 时间片轮转调度：系统会为每个线程分配一个固定的时间片，在时间片内，线程可以正常执行。当时间片用完时，如果线程还没有执行完，CPU将把控制权交给下一个线程。
  • 抢占式调度：抢占式调度意味着线程的执行顺序并不是按照先到先得的原则，而是由线程的优先级决定。
  • 协同式调度
  • 多级反馈队列调度

什么是线程调度器和时间分片？

• 线程调度器：是操作系统或Java虚拟机（JVM）的一部分，负责决定在多线程环境中，哪个线程应该获得CPU时间并执行。
• 时间分片：时间分片是线程调度中的一个关键概念，它指的是将CPU时间划分成若干个小时间段（即时间片），并轮流分配给每个线程执行。

单例模式的线程安全性？

• 在多线程环境中，如果多个线程同时访问单例类的实例化代码块，可能会创建多个实例，这违反了单例模式的原则。
• 单例模式的线程安全实现：
  • 懒汉式：这种方式通过将getInstance方法声明为 synchronized来确保线程安全，但每次调用都会进行同步，性能较低。
  • 双重检查锁定：这种方式只在实例化时进行同步，减少了同步的开销。volatile关键字确保了instance变量的可见性和禁止指令重排。
  • 饿汉式：这种方式在类加载时就完成了实例化，因此是线程安全的，但可能会造成资源的浪费，因为实例可能一直未被使用。
  • 静态内部类：这种方式利用了Java的类加载机制来保证线程安全。SingletonHolder类在第一次被访问时才加载，JVM保证了SingletonHolder类的加载过程是线程安全的。
  • 枚举：枚举类型本身就是线程安全的，并且可以防止反序列化重新创建新的对象。

Executors是什么？

• Executors是一个工具类，提供一系列静态工厂方法，用于快速创建和管理线程池。
• 提供四种线程池类型：固定大小线程池、缓存线程池、单线程池、定时线程池

谈谈ExecutorService，ScheduledExecutorService？

• 是concurrent包中提供的两个接口，用于异步执行任务。
• ExecutorServivice：
  • ExecutorService是一个执行器服务，允许你异步地执行任务。
  • 特点：任务提交、线程池管理、关闭和终止、返回结果和异常处理。
• ScheduledExecutorService：
  • ScheduledExecutorService是ExecutorService的子接口，它增加了定时任务和周期性任务的执行能力。
  • 特点：定时任务、周期性任务、单次调度和固定频率调度。