2025年高频java多线程并发面试题及答案

2025年高频java多线程并发面试题及答案线程与进程的本质区别是什么？进程是操作系统资源分配的基本单位，线程是CPU调度的基本单位。一个进程可包含多个线程，共享进程的堆和方法区资源，但每个线程有独立的程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈。进程间通信需通过IPC（管道、消息队列、套接字等），线程间通信更轻量，可直接访问共享变量。调用start()和直接调用run()方法的区别是什么？start()方法属于Thread类，会启动新线程并调用run()方法，遵循JVM的线程调度机制。直接调用run()方法等同于在当前线程执行普通方法调用，不会创建新线程。例如，执行newThread(()->{}).start()会创建新线程并异步执行任务，而直接调用run()则在主线程同步执行。线程的生命周期包含哪些状态？Java中线程状态由Thread.State枚举定义，共6种：NEW（新建，未调用start()）、RUNNABLE（可运行，包括操作系统的运行中或就绪状态）、BLOCKED（阻塞，等待监视器锁）、WAITING（无限等待，需其他线程唤醒）、TIMED_WAITING（超时等待，指定时间后自动唤醒）、TERMINATED（终止，执行完毕或异常退出）。状态转换典型路径：NEW→RUNNABLE（start()）→BLOCKED（获取synchronized锁失败）→RUNNABLE（获取锁成功）→WAITING（调用wait()）→RUNNABLE（被notify()唤醒）→TERMINATED（run()结束）。synchronized关键字的底层实现原理是什么？JDK1.6前synchronized是重量级锁，依赖操作系统的互斥量（MutexLock），涉及用户态到内核态的切换，性能较低。JDK1.6引入锁优化机制，包括偏向锁、轻量级锁、自旋锁、适应性自旋、锁消除、锁粗化。对象头中的MarkWord存储锁状态，无锁状态时存储对象哈希码和GC分代年龄；偏向锁会记录第一个获取锁的线程ID，后续该线程再次获取锁无需CAS操作；若有其他线程竞争，升级为轻量级锁（通过CAS将MarkWord指向当前线程栈中的锁记录）；若竞争激烈，升级为重量级锁（依赖Monitor对象，MonitorEnter和MonitorExit字节码指令实现）。volatile的作用和底层实现是什么？volatile保证变量的可见性（修改后立即刷新到主内存，其他线程读取时从主内存获取最新值）和有序性（禁止指令重排序），但不保证原子性。底层通过内存屏障（MemoryBarrier）实现：写volatile变量时，在写操作后插入StoreStore屏障（保证前面的写操作先于volatile写完成）和StoreLoad屏障（防止volatile写与后续读操作重排序）；读volatile变量时，在读操作前插入LoadLoad屏障（防止后续读操作与volatile读重排序）和LoadStore屏障（防止后续写操作与volatile读重排序）。典型应用场景：状态标志（如volatilebooleanrunning）、双重检查锁定（DCL）中的单例对象。AtomicInteger如何保证原子性？基于CAS（Compare-And-Swap）操作，底层通过Unsafe类的compareAndSwapInt方法实现。CAS包含三个操作数：内存位置（V）、预期原值（A）、新值（B），仅当V等于A时，才将V更新为B，否则重试。AtomicInteger的incrementAndGet()方法调用unsafe.getAndAddInt(this,valueOffset,1)+1，其中valueOffset是变量在内存中的偏移量。CAS存在ABA问题（变量从A→B→A，虽值未变但中间可能有其他操作），可通过AtomicStampedReference（记录版本号）或AtomicMarkableReference（记录标记）解决。线程池的核心参数有哪些？ThreadPoolExecutor构造函数包含7个参数：corePoolSize（核心线程数，即使空闲也保留）、maximumPoolSize（最大线程数）、keepAliveTime（非核心线程空闲存活时间）、unit（时间单位）、workQueue（任务队列，如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、SynchronousQueue）、threadFactory（线程工厂，用于创建线程）、rejectedExecutionHandler（拒绝策略，任务无法提交时的处理方式）。工作流程：提交任务→若当前线程数<corePoolSize，创建新线程执行；否则将任务加入队列；若队列满且线程数<maximumPoolSize，创建新线程执行；若队列满且线程数≥maximumPoolSize，触发拒绝策略。常见的线程池拒绝策略有哪些？JDK提供4种内置策略：AbortPolicy（默认，抛出RejectedExecutionException）、CallerRunsPolicy（调用者线程执行任务）、DiscardPolicy（静默丢弃任务）、DiscardOldestPolicy（丢弃队列中最旧任务，尝试重新提交当前任务）。实际开发中可自定义策略（如记录日志后重试）。如何合理配置线程池参数？需结合任务类型（CPU密集型、IO密集型）和系统资源（CPU核心数、内存）。CPU密集型任务（如复杂计算）：核心线程数建议设为CPU核心数+1（避免上下文切换）；IO密集型任务（如数据库访问、网络请求）：核心线程数可设为CPU核心数×2或根据IO等待时间调整（公式：核心数×(1+IO耗时/CPU耗时)）。队列选择：若任务执行时间短且吞吐量要求高，选SynchronousQueue（无界但直接提交）；若任务量可控且需缓冲，选ArrayBlockingQueue（有界防止OOM）；若任务优先级不同，选PriorityBlockingQueue（按优先级排序）。CountDownLatch和CyclicBarrier的区别是什么？CountDownLatch是减计数器（构造时指定计数，await()等待计数到0），只能使用一次；CyclicBarrier是增计数器（构造时指定等待线程数，await()阻塞直到达到该数目），可通过reset()重置重复使用。应用场景：CountDownLatch用于主线程等待多个子线程完成（如多线程并行计算后汇总）；CyclicBarrier用于多个子线程相互等待（如多阶段任务，需所有线程完成当前阶段后再进入下一阶段）。Semaphore的作用和使用场景是什么？Semaphore（信号量）用于控制同时访问特定资源的线程数量，通过acquire()获取许可，release()释放许可。构造时指定初始许可数。典型场景：资源池（如数据库连接池限制最大连接数）、限流（控制接口并发请求量）。例如，限制同时只能有5个线程访问某方法：Semaphoresemaphore=newSemaphore(5);线程中调用semaphore.acquire()，执行完调用semaphore.release()。ConcurrentHashMap在JDK1.7和JDK1.8中的实现差异？JDK1.7采用分段锁（Segment数组+HashEntry数组），每个Segment独立加锁，默认16个Segment，并发度为16。JDK1.8摒弃分段锁，采用CAS+synchronized实现，结构为Node数组+链表/红黑树（链表长度≥8且数组长度≥64时转红黑树）。synchronized仅锁定链表头节点（或红黑树根节点），减少锁粒度，并发度更高。put操作流程：计算哈希→遍历数组→若节点为空，CAS插入；若节点不为空，synchronized锁定该节点→遍历链表/红黑树插入或更新。ThreadLocal的作用和内存泄漏原因？ThreadLocal用于为每个线程提供独立的变量副本，解决多线程并发访问共享变量的线程安全问题。典型应用：数据库连接（每个线程独立持有Connection）、用户会话信息（如Spring的RequestContextHolder）。内存泄漏原因：ThreadLocal对象被设置为弱引用（WeakReference），若外部没有强引用指向ThreadLocal实例，GC时会被回收，但ThreadLocalMap中的Entry（key为弱引用的ThreadLocal，value为强引用的变量副本）的value可能无法被回收（因线程未终止，ThreadLocalMap的生命周期与线程一致），导致内存泄漏。解决方法：使用完ThreadLocal后调用remove()方法清除Entry，或在线程池场景中（线程复用）及时清理。AQS（AbstractQueuedSynchronizer）的核心原理？AQS是JUC中锁和同步工具的基础（如ReentrantLock、CountDownLatch），通过维护一个volatileintstate（同步状态）和一个FIFO等待队列（CLH队列的变种）实现。子类需重写tryAcquire(int)、tryRelease(int)（独占模式）或tryAcquireShared(int)、tryReleaseShared(int)（共享模式）来管理state。获取锁时，若state允许（如ReentrantLock的state=0表示未锁定），则CAS更新state并设置当前线程为独占线程；否则将线程封装为Node加入队列，通过park()阻塞。释放锁时，更新state并unpark()队列中的后继节点。死锁的必要条件及解决方法？死锁发生需满足四个条件：互斥（资源同一时间只能被一个线程占用）、请求与保持（线程已持有资源并请求其他资源）、不可抢占（资源只能由持有者主动释放）、循环等待（线程A等线程B的资源，线程B等线程A的资源）。解决方法：破坏任一条件。破坏互斥（如使用可共享资源，但多数资源需互斥）；破坏请求与保持（一次性申请所有资源）；破坏不可抢占（设置超时，超时后释放已占资源）；破坏循环等待（按固定顺序申请资源）。检测工具：jconsole、jstack（查看线程dump中的lockedmutex信息）。synchronized和Lock的区别？synchronized是关键字，JVM层面实现，自动释放锁（同步块/方法执行完或异常时）；Lock是接口（如ReentrantLock），需手动调用unlock()释放（通常在finally块中）。synchronized不可中断（除非抛出异常），Lock的lockInterruptibly()支持中断；synchronized是非公平锁（JDK1.6后偏向锁优化可偏向第一个获取锁的线程），Lock默认非公平但可构造时指定为公平锁；synchronized无等待超时机制，Lock的tryLock(longtimeout,TimeUnitunit)支持超时获取锁；Lock支持多个条件变量（Condition），可更精细控制线程唤醒（如生产者-消费者模型中区分生产者和消费者的等待队列）。如何实现一个线程安全的单例模式？双重检查锁定（DCL）是常用方法，需配合volatile关键字防止指令重排序。示例：publicclassSingleton{privatestaticvolatileSingletoninstance;//volatile防止instance=newSingleton()的指令重排序privateSingleton(){}publicstaticSingletongetInstance(){if(instance==null){//第一次检查，减少锁竞争synchronized(Singleton.class){if(instance==null){//第二次检查，防止多线程同时通过第一次检查后重复创建instance=newSingleton();}}}returninstance;}}原理：volatile保证instance的可见性和有序性（禁止"分配内存→引用赋值→初始化对象"中的"引用赋值"和"初始化对象"重排序），避免其他线程获取到未完全初始化的实例。多线程环境下如何保证数据一致性？需结合原子性、可见性、有序性。原子性通过synchronized、Lock或原子类（AtomicXXX）保证；可见性通过volatile、synchronized（解锁前刷新主内存，加锁时读取主内存）、Lock（释放锁前刷新，获取锁时读取）保证；有序性通过volatile（内存屏障）、synchronized（同一锁的同步块内指令有序）、happens-before规则保证。例如，转账操作需保证原子性（synchronized同步方法）、可见性（volatile标记账户余额）、有序性（避免指令重排导致的中间状态可见）。线程池异常处理方式有哪些？任务抛出未捕获异常时，默认由线程的UncaughtExceptionHandler处理（线程工厂创建线程时可设置）。具体方式：1.在Runnable/Callable任务内部用try-catch捕获异常并处理；2.重写ThreadPoolExecutor的afterExecute(Runnabler,Throwablet)方法（t为任务执行时的异常，仅Runnable任务的异常会被包装为RuntimeException，Callable的异常会被包装为ExecutionException）；3.为线程池中的线程设置UncaughtExceptionHandler（通过ThreadFactory在创建线程时设置）。CAS的缺点及解决方案？缺点：1.循环时间长开销大（自旋CAS若长时间不成功，会导致CPU空转）；2.只能保证单个变量的原子操作（对多个变量需使用锁或AtomicReference）；3.ABA问题（变量值经过A→B→A的变化，CAS认为无变化但实际有操作）。解决方案：针对自旋开销，JVM会进行适应性自旋（根据前一次自旋结果调整次数）；针对多变量，使用AtomicReference或锁；针对ABA问题，使用带版本号的AtomicStampedReference（每次修改版本号+1，CAS时检查版本号）。Java内存模型（JMM）