Top 50 Java 線程併發的面試問題

問題1 什麼是executor框架

Executor and ExecutorService用於以下場景：
- 創建線程
- 啓動線程
- 管理整個線程的生命週期
Executor創建線程池並管理線程池中線程的生命週期，在executor框架中，Executor接口和ExecutorService接口被頻繁使用。Executor接口定義了execute()方法用於執行命令。ExecutorService接口繼承Executor。

Executor提供了管理終止或產生Future追蹤過程或異步任務的方法，更多內容請閱讀Executor and ExecutorService framework in java。

問題2 executor框架中execute()和submit()的區別

execute()方法	submit()方法
execute()方法定義在Executor接口中	submit()方法定義在ExecutorService接口中
用於執行runnable任務	用於執行runnable任務或callable任務，提交callable任務返回future對象，通過`future.get()`獲取任務的結果
方法類型只有一種`void execute(Runnable task)`	submit方法有3種形式： `<T> Future<T> submit(Callable<T> task)` `<T> Future<T> submit(Runnable task, T result)` `Future<?> submit(Runnable task)`

問題3 什麼是Semaphore？

Semaphore通過許可控制共享資源的訪問：
- 如果許可permits大於0，semaphore允許訪問共享資源；
- 如果許可permits小等於0，semaphore不允許訪問共享資源；
其中許可有點類似計數器，用來允許訪問共享資源，爲此，爲了訪問該資源，線程必須從semaphore那裏授權許可。

Semaphore有兩個構造函數：
1. Semaphore(int permits)：permits是初始的可用許可，這個值有可能是負值，表示此刻等待獲取共享資源的線程數。如果permits=1，表示只有一個線程正在使用共享資源。
2. Semaphore(int permits, boolean fair)：設置fair，能確保等待線程按請求順序被授權。

acquire( )方法有兩種形式：
1. void acquire( ) throws InterruptedException：獲取一個可用許可，並且可用許可減1。
2. void acquire(int permits) throws InterruptedException：獲取permits個可用許可，同時可用許可減permits。如果permits個許可不可用，那麼當前線程處於休眠狀態，直到發生如下事情：
- 其他線程調用release()方法，可用許可大等於permits；
- 或者其他線程中斷該線程。

release( )方法有兩種形式：
1. void release( )：釋放許可，並且許可加1。
2. void release(int permits)：釋放permits個許可，並且可用許可增加permits個。

有關Semaphor請閱讀Semaphore in java。

問題4 利用Semaphore實現生產者消費者模式

請閱讀：Semaphore used for implementing Producer Consumer pattern

問題5 實現自己的Semaphore

請閱讀：Implementation of custom/own Semaphore in java

問題6 Java 7中atomic類的意義

Java在java.util.concurrent.atomic中提供了其他的同步類，這些類有AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean等，相應的方法有get()，set()，getAndSet()，compareAndSet( )，decrementAndGet( )等。在多線程環境下，這些類不需要顯示地進行同步，因爲它們是線程安全的。
atomic的更多內容請參考Atomic operations in java。

問題7 Future和Callable之間的關聯？

Future<V> 接口提供的方法用於返回計算的結果，計算未完成會一直等待，或者取消計算任務。
Callable<V>接口提供了計算結果的方法，並返回計算結果，或者拋出異常。任何實現Callable接口的類必須重寫call()方法。
向Executor提交Callable對象返回的對象類型是Future，如：

Future<Double> futureDouble=executor.submit(new SquareDoubleCallable(2.2));

更多內容請閱讀Executor and ExecutorService framework in java。

問題8 java.util.concurrent.Callable和java.lang.Runnable不同？

實現Callable接口的類必須重寫call()方法，call()方法返回計算結果或者無法執行拋出異常；
實現Runnable接口的類必須重寫run()方法，run()方法不會返回計算結果，也不拋出檢查異常。

問題9 CountDownLatch

CountDownLatch適用於當前線程等待一個或多個線程完成特定的操作。CountDownLatch(int count) 初始化需要確定在latch釋放之前發生事件的個數。事件每次發生count減1，一旦count減爲0，latch被釋放。
CountDownLatch的await()方法有兩種形式：
- void await( ) throws InterruptedException
引起當前線程等待，直到latch count減爲0，或者當前線程被中斷。
- boolean await(long timeout, TimeUnit unit)
引起當前線程等待，直到latch count減爲0，或者當前線程被中斷，或者超時。
countDown()方法用來減少latch count計數。count減爲0，所有等待線程被釋放。
瞭解更多請閱讀CountDownLatch in java。

問題10 CountDownLatch的使用場景

請閱讀CountDownLatch in java。

問題11 如何實現CountDownLatch？

請閱讀Implementation of custom/own CountDownLatch in java。

問題12 CyclicBarrier

CyclicBarrier用於一個或多個線程完成都完成特定的操作才觸發一個事件。2個或者多個線程彼此等待直到到達共同的barrier point。當所有的線程到達共同的barrier point（即所有的線程調用await()方法）：
- 所有的等待線程被釋放；
- 事件被觸發。
CyclicBarrier的構造函數：
- CyclicBarrier(int parties)
新的CyclicBarrier被創建，當parties個等待線程到達共同的barrier point，等待的線程被釋放。
- CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)
新的CyclicBarrier被創建，當parties個等待線程到達共同的barrier point，等待的線程被釋放，barrierAction事件被觸發。
CyclicBarrier的await()方法：
- int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException
- int await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException
當前的線程如果不是最後到達的（即調用await()方法），它會等待直到發生如下事情：
1. 最後一個線程調用await()方法
2. 其他線程中斷了當前線程
3. 其他線程中斷了其中的一個等待線程
4. 等待barrier的過程中一些線程超時
5. 在這個cyclicBarrier上的線程調用了reset()方法
6. 經過了timeout時間
更多內容請閱讀CyclicBarrier in java。

問題13 爲什麼CyclicBarrier能夠循環？

barrier之所以能夠循環，是因爲CyclicBarrier能夠重用，當所有的等待線程釋放，或者事件已被觸發。

問題14 在實際場景中什麼時候使用CyclicBarrier？

舉例：有10個好朋友打算去地點A野餐（朋友是線程，地點A是共同的barrier point），他們決定玩某個遊戲當所有的人員到達地點A（遊戲是一個事件）。所以10個朋友必須等到他們都到齊才能進行遊戲。

問題15 如何實現CyclicBarrier？

請參考Implementation of custom/own CyclicBarrier in java。

問題16 CyclicBarrier和CountDownLatch之間的異同

CyclicBarrier和CountDownLatch有點相似，是因爲它們要等待特定數量的線程到達某個點，然後使count或者parties等於0。但是CountDownLatch完成等待，線程必須調用countDown()方法；而CyclicBarrier完成等待，線程必須調用await()方法。
它們的構造函數區別：
CountDownLatch(int count) ：count確定latch釋放之前發生的事件個數；
CyclicBarrier(int parties)：parties個線程相互等待到達共同的barrier point，當所有的線程到達這個共同的barrier point，parties個等待線程被釋放。
CyclicBarrier可以重複等待，而CountDownLatch不能，即一旦count減爲0，cyclicBarrier可重複使用。
CyclicBarrier可以觸發事件。

問題17 Phaser是什麼？

Phaser在功能上和CyclicBarrier和CountDownLatch有點相似，但是比它倆更加靈活。
Phaser爲我們提供了更加靈活的註冊和取消註冊。對於註冊，可以使用下面的方式：
- 構造函數
- int register()
- bulkRegister()
對於取消註冊，可以使用下面的方式：
- arriveAndDeregister()
可以使用getPhase()方法返回當前的phase個數，isTerminated()返回phaser時候結束。
更多內容請閱讀Phaser in java。

問題18 Phaser和CyclicBarrier之間的異同

CyclicBarrier和Phaser都可以重複等待。在CyclicBarrier中，在構造函數中註冊，但是Phaser提供了在任何時候註冊和取消註冊的方法。

問題19 Phaser的arrive()方法和arriveAndAwaitAdvance() 的區別

Phaser的arrive()方法不會引起當前線程等待其他線程完成當前的phase，即當前線程可以立刻進入下一個phase，無須等待其他註冊線程完成當前的phase。
而arriveAndAwaitAdvance()方法會讓當前線程去等待其他註冊線程完成當前的phase，即只有當其他的所有線程完成當前的phase，當前線程纔可以進行下一個phase。

問題20 phaser什麼時候結束

調用Phaser的arriveAndDeregister() 方法會讓註冊的線程數變爲0。當onAdvance()方法返回true，終止也會被觸發。

問題21 如何控制phase的個數

請參考：Program to demonstrate usage of how we can override Phaser’s onAdvance method to control number of phase we want to execute。

問題22 Phaser的使用場景

軟件開發管理按如下phase進行：
1. 需求收集；
2. 軟件開發；
3. 測試；
第二個phase不會開始直到第一個phase完成，第三個phase也不會開始直到第二個phase完成。

問題23 每次phaser註冊的最大數量

每次phaser註冊的數量爲65535，如果想註冊更多的線程，將會拋出IllegalStateException。

問題24 Exchanger

Exchanger能夠使兩個線程交換彼此的數據，它能夠非常容易地實現生產者消費者模式，生產者和消費者線程交換彼此的數據。
exchange(V x)方法能夠使兩個線程交換彼此的數據，如果當前線程是第一個調用exchange()方法，那它會等待直到其他線程調用exchange()方法，或者其他線程中斷當前線程。如果其他線程已經調用了exchange()方法，那麼它會恢復執行，等待線程恢復並接受當前線程的數據，或者當前線程收到其他等待線程的數據，立刻返回。
更多內容請閱讀Exchanger in java。

問題28 java Lock

java.util.concurrent.locks.Locks是一個接口，它的實現類提供了更實用的鎖操作。lcok有助於控制多線程共享資源的訪問，每次只有一個線程獲取鎖，並且訪問共享資源。如果第二個線程試圖訪問鎖上的共享資源，當這個鎖被另一個線程獲取，那麼第二個線程處於等待，直到鎖被釋放。這樣就可以實現同步和避免競爭。
更多內容請閱讀locks and ReEntrantLocks in java。

問題29 Lcok 接口中的關鍵方法

void lock()

如果鎖沒有被其他線程佔用，獲取鎖。設置鎖計數爲1；如果當前線程已經佔用了鎖，那麼說計數器加1；如果鎖被其他線程佔用，那麼當前線程等待直到鎖被釋放。

void unLock()

如果當前線程佔用了鎖，那麼鎖計數器減1；如果鎖計數器減爲0，那麼鎖被釋放；如果鎖計數器大於0，那麼鎖沒有被釋放；如果當前線程沒佔用鎖，那麼拋出IllegalMonitorStateException異常。

boolean tryLock()

獲取鎖如果沒有被其他線程佔用，並返回true，設置鎖計數器設置爲1。如果當前線程已經佔有了鎖，那麼返回true，並鎖計數器加1.如果鎖被其他線程佔用，返回false。

boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException

獲取鎖如果沒有被其他線程佔用，返回true，設置鎖計數器爲1。如果當前線程已經佔有了鎖，返回true，並且鎖計數器加1。如果鎖被其他線程佔用，那麼當前線程等待直到發生如下：1、另一個線程釋放鎖，當前線程獲取鎖；2、其他線程中斷了當前線程；3、設定的時間超時。

Condition newCondition()

返回Condition實例，被用於鎖接口。Condition實例類似於wait(), notify(), notifyAll()方法。

更多請閱讀locks in java。

原文：Thread concurrency - Top 50 interview questions and answer in java for fresher and experienced (detailed explanation with programs)