Java 并发编程 73 道面试题及答案2（码匠笔记）
1、什么是阻塞队列？阻塞队列的实现原理是什么？如何使用阻塞队列来实现生产者-消费者模型？
阻塞队列是一个支持两个附加操作的队列。
这两个附加的操作是：队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。当队列满时，存储元素的线程会等待队列可用。
阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者时往队列里添加元素的线程，消费者时从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器，而消费者也只从容器中拿元素。
JDK7 提供了7个阻塞队列。分别是：ArrayBlockingQueue：一个由数据结构组成的有界阻塞队列。
LinkedBlockingQueue：一个由链表结构组成的有界阻塞队列。
PriorityBlockingQueue：一个支持优先级排序的无界阻塞队列。
DelayQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。
SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。
LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。
LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。
Java5 之前实现同步存取时，可以使用普通的一个集合，然后在使用线程的协作和线程同步可以实现生产者，消费者模式，主要的技术就是用好 wait，notify，notifyAll，sychronized 这些关键字。而在 Java5 之后，可以使用阻塞队列来实现，此方法大大减少了代码量，使得多线程编程更加容易，安全方面也有保障。
BlockingQueue 接口时 Queue 的子接口，它的主要用途并不是作为容器，而是作为线程同步的工具，因此他具有一个很明显的特性，当生产者线程试图向 BlockingQueue 放入元素时，如果队列已满，则线程被阻塞，当消费者试图从中取出一个元素时，如果队列为空，则该线程会被阻塞，正是因为他所具有这个特性，所以在程序中多个线程交替向 BlockingQueue 中放入元素，取出元素，它可以很好的控制线程之间的通信。
阻塞队列使用最经典的场景就是 socket 客户端数据的读取和解析，读取数据的线程不断将数据放入队列，然后解析线程不断从队列取数据解析。2、java中有几种方法可以实现一个线程？
继承 Thread 类
实现 Runnable() 接口
实现 Callable 接口，需要实现的是 call() 方法3、什么是 Callable 和 Future？
Callable 接口类似于 Runnable，从名字就可以看出来了，但是 Runnable 不会返回结果，并且无法抛出返回结果的异常，而 Callable 功能更强大一些，被线程执行后，可以返回值，这个返回值可以被 Future 拿到，也就是说，Future可以拿到异步执行任务的返回值。
可以认为是带有回调的 Runnable。
Funture 接口表示异步任务，是还没有完成的任务给出的未来结果。所以说，Callable 用于产生结果，Future 用于获取结果。4、什么是 FutureTask？使用 ExecutorService 启动任务。
在 Java 并发程序中 FutureTask 表示一个可以取消的异步运算。它有启动和取消运算、查询运算是否完成和取回返回结果等方法。只有当运算完成的时候结果才能取回，如果运算尚未完成 get 方法将会阻塞。一个 FutureTask 对象可以对调用了 Callable 和 Runnable 的对象进行包装，由于 FutureTask 也是调用了 Runnable 接口，所以它可以提交给 Executor 来执行。5、什么是并发容器的实现？
何为同步容器：可以简单地理解为通过 synchronized 来实现同步的容器，如果有多个线程调用同步容器的方法，它们将会串行执行。比如 Vector， Hashtable 以及 Collections.synchronizedSet，synchronizedList 等方法返回的容器。可以通过查看 Vector，Hashtable 等这些同步容器的实现代码，可以看到这些容器实现线程安全的方式就是将他们的状态封装起来，并在需要同步的方法上加上关键字 synchronized。
并发容器使用了与同步容器完全不同的加锁策略来提供更高的并发行和伸缩性，例如在 ConcurrentHashMap 中采用了一种粒度更细的加锁机制，可以称为分段锁，在这种锁机制下，允许任意数量的读线程并发地访问 map，并且执行读操作的线程和写操作的线程也可以并发的访问 map，同时允许一定数量的写操作线程并发地修改 map，所以它可以在并发环境下实现更高的吞吐量。6、多线程同步和互斥有几种实现方法，都是什么？
线程同步是指线程之间所具有的一种制约关系，一个线程的执行依赖于另一个线程的消息，当它没有得到另一个线程的消息时应等待，直到消息到达时才被唤醒。
线程互斥是指对于共享的进程系统资源，在各单个线程访问时的排他性。当有若干个线程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多只允许一个线程去使用，其他要使用该资源的线程必须等待，直到占用资源者释放该资源。线程互斥可以看成是一种特殊的线程同步。
线程间的同步方法大体可分为两类：用户模式和内核模式。顾名思义，内核模式就是指利用系统内核对象的单一性进行同步，使用时需要切换内核态和用户态，而用户模式就是不需要切换到内核态，只在用户态完成操作。
用户模式下的方法有：原子操作（例如一个单一的全局变量），临界区。内核模式下的方法有：事件、信号量、互斥量。7、什么是竞争条件？你怎样发现和解决竞争？
当多个进程都企图对共享数据进行某种处理，而最后的结果又取决于进程运行的顺序时，则我们认为这发生了竞争条件。8、你将如何使用 thread dump？你将如何分析 thread dump？
！[]()
新建状态（New）
用 new 语句创建的线程处于新建状态，此时他和其他 Java 对象一样，仅仅在 堆区 中被分配了内存。
就绪状态（Runnable）
当一个线程对象被创建后，其他线程调用它的 start() 方法，该线程就进入就绪状态，Java 虚拟机会为他创建 方法调用栈和程序计数器。处于这个状态的线程位于可运行池中，等待获得 CPU 的使用权。
运行状态（Running）
处于这个状态的线程占用 CPU，执行程序代码。只有处于就绪状态的线程才有机会转到运行状态。
阻塞状态（Blocked）
阻塞状态是指线程因为某些原因放弃 CPU，暂时停止运行。当线程处于阻塞状态时，Java虚拟机不会给线程分配 CPU。直到线程重新进入就绪状态，它才有机会转到运行状态。
阻塞状态可分为以下3种：
位于对象等待池中的阻塞状态（Blocked in object‘s wait pool）：当线程处于运行状态时，如果执行了某个对象的 wait()方法，Java虚拟机就会把线程放到这个对象的等待池中，这涉及到“线程通信”的内容。
位于对象锁池中的阻塞状态（Blocked in object’s lock pool）：当线程处于运行状态时，试图获得某个对象的同步锁时，如果该对象的同步锁已经被其他进程占用，Java虚拟机就会把这个线程放到这个对象的锁池中，这涉及到“线程同步”的内容。
其他阻塞状态（Otherwise Blocked）：当前线程执行了 sleep() 方法，或者调用了其他线程的 join() 方法，或者发生了 I/O请求 时，就会进入这个状态。
死亡状态（Dead）
当线程退出 run() 方法时，就进入死亡状态，该线程结束生命周期。9、为什么我们调用 start() 方法时会执行 run() 方法，为什么我们不能直接调用 run() 方法？
当你调用 start() 方法时你将创建新的线程，并且执行在 run() 方法里的代码。
但是如果你直接调用 run() 方法，他不会创建新的线程也不会执行调用线程的代码，只会把 run方法 当作普通方法去执行。10、Java 中你怎样唤醒一个阻塞的线程？
在 Java 发展史上曾经使用 suspend()、resume() 方法对于线程进行阻塞唤醒，但随之出现很多问题，比较经典的还是死锁问题。
解决方案可以 使用以对象为目标的阻塞。即利用 Object 类的 wait() 和 notify() 方法实现线程阻塞。
首先，wait、notify 方法是针对对象的，调用任意对象的 wait() 方法都将导致线程阻塞，阻塞的同时也将释放该对象的锁，相应地，调用任意对象的 notify() 方法则将随机解除该对象阻塞的线程，但他需要重新获取对象的锁，直到获取成功才能往下执行；其他，wait、notify 方法必须在 synchronized块 或 方法中被调用，并且要保证同步块或方法的 锁对象 与调用 wait、notify 方法的对象是同一个，如此一来在调用 wait 之前当前线程就已经成功获取某对象的锁，执行 wait 阻塞后当前线程就将之前获取的对象锁释放。11、在 Java 中 CyclicBarriar 和 CountdownLatch 有什么区别？
CyclicBarrier 可以重复使用，而 CountdownLatch 不能重复使用。
Java 的 concurrent 包里面的 CountdownLatch 其实可以把它看作一个计数器，只不过这个计数器的操作是原子操作，同时只能有一个线程去操作这个计数器，也就是同时只能有一个线程去减这个计数器里面的值。
你可以向 CountDownLatch 对象设置一个初始的数字作为计数值，任何调用这个对象的 await() 方法都会阻塞，直到这个计数器的计数值被其他的线程减为0为止。
所以在当前计数到达零之前， await 方法会一直受阻塞。之后，会释放所有等待的线程，await 的所有后续调用都将立即返回。这种现象只出现一次——计数器无法被重置。如果需要重置计数，请考虑使用 CyclicBarrier。
CoutDownLatch 的一个非常经典的应用场景是：有一个任务想要往下执行，但必须要等到其他的任务执行完毕后才可以继续往下执行。假如我们这个想要继续往下执行的任务调用一个 CountDownLatch 对象的 countDown() 方法，这个调用 await() 方法的任务将一直阻塞等待，直到这个 CountDownLatch 对象的计数值减到0为止。
CyclicBarrier 一个同步辅助类，它允许一组线程相互等待，直到到达某个公共屏障点(common barrier point)。在涉及一组固定大小的线程的程序中，这些线程必须不时地相互等待，此时 CyclicBarrier 很有用。因为该 barrier 在释放等待线程后可以重用，所以称它为循环的 barrier。 12、什么是不可变对象，它对写并发应用有什么帮助？
不可变对象（Immutable Objects）即对象一旦被创建他的状态（对象的数据，也即对象属性值）就不能改变，反之即为可变对象（Mutable Objects）
不可变对象的类即为不可变类。Java 平台类库中包含许多不可变类，如 String、基本类型的包装类、BigInteger 和 BigDecimal 等。
不可变对象天生是线程安全的。他们的常量（域）是在构造函数中创建的。既然他们的状态无法改变，这些常量永远不会变。
不可变对象永远是线程安全的。
只有满足如下状态，一个对象才是不可变的：
他的状态不能在创建后再被修改。
所有的域都是 final 类型。
他被正确创建（创建期间没有发生 this 引用的溢出）。13、如何停止一个正在运行的线程？
使用共享变量的方式
在这种方式中，之所以引入共享变量，是因为该变量可以被多个执行相同任务的线程用来作为是否中断的信号，通知中断线程的执行。
使用 interrupt 方法终止线程
如果一个线程由于等待某些事件的发生而被阻塞，又该怎么停止该线程呢？这种情况经常会发生，比如当一个线程由于需要等候键盘输入而被阻塞，或者调用 Thread.join() 方法，或者 Thread.sleep() 方法，在网络中调用 ServerSocket.accept() 方法，或者调用了 DatagramSocket.receive() 方法时，都有可能导致线程阻塞，使线程处于不可运行状态，即使主程序中将该线程的共享变量设置为 true，但该线程此时根本无法检查循环标志，当然也就无法立即中断。这里我们给出的建议是，不要使用 stop() 方法，而是使用 Thread 提供的 interrupt() 方法，因为该方法虽然不会中断一个正在运行的进程，但是它可以使一个被阻塞的线程提前结束阻塞状态，退出阻塞代码。14、java 如何实现多线程之间的通讯和协作？
中断和共享变量15、notify() 和 notifyall() 有什么区别？
当一个线程进入 wait 之后，就必须等其他线程 notify/notifyall，使用 notifyall 可以唤醒所有处于 wait 状态的线程，使其重新进入锁的争夺队列中，而 notify 只能唤醒一个。
如果没把握，建议 notifyAll，防止 notify 因为信号丢失而造成程序异常。