多线程和并发相关面试题

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前言:

多线程和并发问题已成为各种 Java 面试中必不可少的一部分。如果你准备参加投行的 Java 开发岗位面试,比如巴克莱银行(Barclays)、花旗银行(Citibank)、摩根史坦利投资公司(Morgan Stanley),你会遇到很多有关多线程的面试题。多线程和并发是投行面试的热门知识点,尤其是在面试有关电子交易开发工作时,他们喜欢用棘手的 Java 线程面试题轰炸面试者。他们希望确保面试者对 Java 多线程和并发有扎实的知识基础,因为他们大多数关注高性能带来的竞争优势。

举个例子,直接市场准入模式(Direct to Market,DMA)使用高容量低延迟的电子交易系统,通常来说是并发的。大多数时间他们致力于微秒级的延迟,所以掌握如何有效地降低延迟、提高吞吐量非常重要。

JDK 1.5 中引入并发包之后,并发工具和并发集合备受欢迎,比如 ThreadLocal、 BlockingQueue、Counting Semaphore 和 ConcurrentHashMap,与这些工具相关的面试题也越来越多。

Java 8 和 Java 9 也是这种情况。围绕 lambda 表达式、并行流(parallel streams)、新的 Fork/Join 线程池、CompletableFuture 的问题在 2018 年不断涌现,2019 年还将持续。今后你也应该对这些知识点有所准备。

总之不要考虑那么多,下面是各种投行,比如巴克莱银行(Barclays)、花旗银行(Citibank)、摩根史坦利投资公司(Morgan Stanley)等等,面试 Java 开发者时常问的Java多线程和并发问题。

1、现在有线程 T1、T2 和 T3。你如何确保 T2 线程在 T1 之后执行,并且 T3 线程在 T2 之后执行?

这个线程面试题通常在第一轮面试或电话面试时被问到,这道多线程问题为了测试面试者是否熟悉 join 方法的概念。答案也非常简单——可以用 Thread 类的 join 方法实现这一效果。

2、Java 中新的 Lock 接口相对于同步代码块(synchronized block)有什么优势?如果让你实现一个高性能缓存,支持并发读取和单一写入,你如何保证数据完整性。

多线程和并发编程中使用 lock 接口的最大优势是它为读和写提供两个单独的锁,可以让你构建高性能数据结构,比如 ConcurrentHashMap 和条件阻塞。

这道 Java 线程面试题越来越多见,而且随后的面试题都基于面试者对这道题的回答。

我强烈建议在任何 Java 多线程面试前都要多看看有关锁的知识,因为如今电子交易系统的客户端和数据交互中,锁被频繁使用来构建缓存。

3、Java 中 wait 和 sleep 方法有什么区别?

我们来看看另一个经常被问到的线程面试题。这道题常出现在电话面试中。两者主要的区别就是等待释放锁和监视器。sleep方法在等待时不会释放任何锁或监视器。wait 方法多用于线程间通信,而 sleep 只是在执行时暂停。

多线程和并发相关面试题

4、如何在 Java 中实现一个阻塞队列?

这是一道相对困难的 Java 多线程面试题,考察点很多。它考察了面试者是否真正写过 Java 多线程代码,考察了面试者对并发场景的理解。并且可以根据面试者的代码问很多后续问题,如果他用 wait() 和 notify() 方法成功实现了阻塞队列,可以让他用 Java 5 的并发类重新实现一次。

5、如何在 Java 中编写代码解决生产者消费者问题?

和上面有关线程的问题相似,这个问题在工作中很典型,但有时面试官会问这类问题,比如“在 Java 中如何解决生产者消费者问题?”其实,有很多解决方式。我分享过用 Java 中 BlockingQueue 的解决方案。有时他们甚至会让你给出哲学家进餐问题的解决方案。

6、写一段死锁代码。你在 Java 中如何解决死锁?

这是我最喜欢的 Java 多线程面试题,因为即使死锁在多线程并发编程中十分常见,许多面试者仍然抓耳挠腮,不能写出无死锁的代码。

只需要问他们如果有 N 个资源和 N 个线程去执行某个操作,然后请求所有资源。

这里的 N 可以是 2 作为最简单的情况,也可以是个很大的数字让问题变复杂。

多线程和并发相关面试题

7、什么是原子操作?Java 中有哪些原子操作?

这是个简单的 Java 线程面试题。另一个紧随其后的问题将是:你需要同步原子操作吗?你可以看这篇文章了解更多Java 同步。

8、Java 中 volatile 关键字是什么?你如何使用它?它和 Java 中的同步方法有什么区别?

自从 Java 5 中调整 volatile 关键字和 Java 内存模型后,有关 volatile 关键字的线程问题越来越常见。掌握 volatile变量在并发环境中如何确保可见性、有序性和一致性非常重要。

9、什么是竞态条件?你如何发现并解决竞态条件?

这个 Java 多线程问题一般出现在高级面试。多数面试官会问你最近一次遇到的竞态条件,如何解决的,有时他们也会写点简单代码让你发现竞态条件。可以看看我的这篇文章Java 中的竞态条件。我认为,这是最棒的 Java 线程面试问题之一,而且可以测试出面试者解决竞态条件的经验,或是编写无数据竞争、无其竞态条件的代码经验。

10、在 Java 中你如何转储线程(thread dump)?如何分析它?

在 UNIX 中,你可以使用 kill -3 然后线程转储日志会打印在屏幕上,可以使用 CTRL+Break 查看。这只是一个较简单的线程面试题,狡猾一点的话他们会问你如何分析转储日志。线程转储日志对于分析死锁情况非常有用。

11、既然 start() 方法会调用 run() 方法,为什么我们调用 start() 方法,而不直接调用 run() 方法?

这是一个基本的 Java 多线程面试题。最初,我刚开始多线程编程时对此还有些困惑。如今我一般在 Java 中级面试的电话面试或一轮面试中遇到。

这道问题的答案是这样的。当你调用 start() 方法时,它会新建一个线程然后执行 run() 方法中的代码。如果直接调用 run() 方法,并不会创建新线程,方法中的代码会在当前调用者的线程中执行。

12、Java 中你如何唤醒阻塞线程?

这是有关线程的一个很狡猾的问题。有很多原因会导致阻塞,如果是 IO 阻塞,我认为没有方式可以中断线程(如果有的话请告诉我)。另一方面,如果线程阻塞是由于调用了 wait(),sleep() 或 join() 方法,你可以中断线程,通过抛出 InterruptedException 异常来唤醒该线程。可以看这篇文章了解有关处理阻塞线程的知识Java 中如何处理阻塞方法。

13、Java 中 CyclicBarriar 和 CountdownLatch 有什么区别?

最近的 Java 线程面试题多数在测试你对 JDK 5 并发包的掌握程度。两者区别之一就是 CyclicBarrier 在屏障打开之后(所有线程到达屏障点),可以重复使用。而 CountDownLatch 不行。

14、什么是不可变类?它对于编写并发应用有何帮助?

尽管这道面试题和线程没有直接关系,但间接影响也很大。如果面试官随后让你写一个不可变类,或问你为什么 Java 中的 String 是不可变的,会让面试题变得更加复杂。

15、你在多线程环境中遇到的最多的问题是什么?你如何解决的?

内存干扰、竞态条件、死锁、活锁、线程饥饿是多线程和并发编程中比较有代表性的问题。这类问题无休无止,而且难于定位和调试。

上面所说的是我喜欢的,也是投行最常问的 Java 线程面试题。这个清单并不完整,所以可以在下方评论出你在面试中遇到的有意思的 Java 线程题目。这篇文章收集并分享与多线程概念有关的面试题,不仅仅有助于面试,还为大家打开多线程概念的大门。

16、Java 中绿色线程和本地线程的区别?

绿色线程运行在虚拟机内,操作系统根本不知道这类线程的存在,是由虚拟机调度的。

本地线程是由运行虚拟机的操作系统完成的。

17、线程和进程的区别?

进程和线程的主要差别在于它们是不同的操作系统资源管理方式。进程有独立的地址空间,一个进程崩溃后,在保护模式下不会对其它进程产生影响,而线程只是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量,但线程之间没有单独的地址空间,一个线程死掉就等于整个进程死掉,所以多进程的程序要比多线程的程序健壮,但在进程切换时,耗费资源较大,效率要差一些。但对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作,只能用线程,不能用进程。

18、多线程的上下文切换是什么?

上下文切换分为2种:让步式上下文切换和抢占式上下文切换。前者是指执行线程主动释放CPU,与锁竞争严重程度成正比,可通过减少锁竞争来避免;后者是指线程因分配的时间片用尽而被迫放弃CPU或者被其他优先级更高的线程所抢占,一般由于线程数大于CPU可用核心数引起,可通过调整线程数,适当减少线程数来避免。

19、死锁、活锁、饥饿?

死锁:是指两个或两个以上的进程(或线程)在执行过程中,因争夺资源而造成的一种互相等待的现象,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称为死锁进程。

活锁:是指线程1可以使用资源,但它很礼貌,让其他线程先使用资源,线程2也可以使用资源,但它很绅士,也让其他线程先使用资源。这样你让我,我让你,最后两个线程都无法使用资源。

饥饿:我们知道多线程执行中有线程优先级这个东西,优先级高的线程能够插队并优先执行,这样如果优先级高的线程一直抢占优先级低线程的资源,导致低优先级线程无法得到执行,这就是饥饿。当然还有一种饥饿的情况,一个线程一直占着一个资源不放而导致其他线程得不到执行,与死锁不同的是饥饿在以后一段时间内还是能够得到执行的,如那个占用资源的线程结束了并释放了资源。

20、Java中使用什么线程调度算法?

抢占式。一个线程用完CPU之后,操作系统会根据线程优先级、线程饥饿情况等数据算出一个总的优先级并分配下一个时间片给某个线程执行。

22、线程池和线程组?

线程池:

线程池存在的意义,首要作用是效率。线程的创建和结束都需要耗费一定的系统时间(特别是创建),不停创建和删除线程会浪费大量的时间。所以,在创建出一条线程并使其在执行完任务后不结束,而是使其进入休眠状态,在需要用时再唤醒,那么 就可以节省一定的时间。

如果这样的线程比较多,那么就可以使用线程池来进行管理。保证效率。

线程组:线程组存在的意义,首要原因是安全。java默认创建的线程都是属于系统线程组,而同一个线程组的线程是可以相互修改对方的数据的。但如果在不同的线程组中,那么就不能“跨线程组”修改数据,可以从一定程度上保证数据安全。

线程组和线程池共有的特点:都是管理一定数量的线程,都可以对线程进行控制---包括休眠,唤醒,结束,创建,中断(暂停)--但并不一定包含全部这些操作。

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所属分类:Java篇
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