线程面试题及答案

线程面试题及答案线程与进程的核心区别是什么？在Java中如何体现？线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，进程是资源分配的基本单位。进程拥有独立的内存空间、文件句柄等资源，而同一进程内的线程共享进程资源（如堆、方法区），仅拥有独立的栈、程序计数器和局部变量表。Java中，一个JVM实例对应一个进程，进程内的多个线程通过Thread类或Runnable接口创建，共享JVM的堆内存，但各自的调用栈独立。例如，主线程（main）和用户创建的子线程均运行在同一个JVM进程中，共同访问堆中的对象，但各自的局部变量存储在独立的栈帧中。Java中创建线程的三种方式及其优缺点？Java创建线程的方式有三种：1.继承Thread类，重写run()方法：通过new自定义Thread子类并调用start()启动。优点是代码简单，直接操作线程对象；缺点是受单继承限制（Java类只能继承一个父类），无法复用其他类的功能。2.实现Runnable接口，重写run()方法：将Runnable实例传入Thread构造器，调用start()启动。优点是解耦任务（Runnable）与线程（Thread），支持多继承（类可同时实现多个接口）；缺点是无返回值，无法直接获取任务执行结果。3.实现Callable接口，配合Future或ExecutorService：Callable的call()方法有返回值并可抛出异常，需通过ExecutorService.submit()提交，返回Future对象获取结果。优点是支持异步计算和结果获取；缺点是使用较复杂，需结合线程池或FutureTask。线程的生命周期包含哪些状态？状态转换的触发条件是什么？Java线程的生命周期由Thread.State枚举定义，包含6种状态：NEW（新建）：线程对象创建但未调用start()。RUNNABLE（可运行）：线程已启动（调用start()），处于JVM的运行状态，可能在等待CPU时间片（READY）或正在执行（RUNNING）。BLOCKED（阻塞）：线程尝试获取synchronized同步锁失败，进入锁的等待队列。WAITING（无限等待）：调用wait()（无超时）、join()（无超时）或LockSupport.park()后，线程释放锁并进入等待状态，需其他线程调用notify()/notifyAll()或unpark()唤醒。TIMED_WAITING（定时等待）：调用sleep(long)、wait(long)、join(long)或parkNanos(long)后，线程在指定时间后自动唤醒。TERMINATED（终止）：run()或call()执行完毕，或因异常终止。状态转换示例：NEW→RUNNABLE（start()）；RUNNABLE→BLOCKED（获取锁失败）；RUNNABLE→TIMED_WAITING（sleep(1000)）；WAITING→RUNNABLE（其他线程notify()）；RUNNABLE→TERMINATED（任务执行完成）。synchronized关键字的底层实现原理是什么？锁升级过程如何？synchronized的底层依赖JVM的Monitor（监视器）对象。每个Java对象（包括类的Class对象）关联一个Monitor，Monitor的Enter和Exit操作通过字节码指令monitorenter和monitorexit实现。线程执行monitorenter时尝试获取Monitor的所有权：若未被占用则获取成功（锁计数+1）；若已被当前线程占用则重入（计数+1）；否则阻塞等待。锁升级是JVM为优化synchronized性能引入的机制，过程如下：1.无锁：对象头MarkWord标记为无锁状态，存储哈希码、GC分代年龄。2.偏向锁：当线程首次获取锁时，MarkWord存储该线程ID（偏向模式），后续同一线程再次获取锁无需CAS操作，仅检查线程ID是否匹配。若其他线程尝试获取锁，偏向锁撤销，升级为轻量级锁。3.轻量级锁：原持有线程将MarkWord复制到栈的锁记录（LockRecord），并通过CAS将对象头指向锁记录。其他线程尝试获取锁时，若发现对象头指向当前线程的锁记录（自旋），则自旋等待（避免阻塞）；若自旋失败（超过次数或CPU忙），轻量级锁升级为重量级锁。4.重量级锁：线程进入Monitor的等待队列（EntrySet），状态转为BLOCKED，需等待前一线程释放锁并唤醒。ReentrantLock与synchronized的核心差异有哪些？适用场景如何选择？ReentrantLock（可重入锁）是Java并发包（java.util.concurrent.locks）提供的显式锁，与synchronized的差异主要体现在：1.锁获取方式：synchronized是隐式锁（自动释放），通过JVM字节码实现；ReentrantLock需手动调用lock()获取、unlock()释放（通常在finally块中）。2.锁特性：ReentrantLock支持公平锁（按等待队列顺序分配锁）和非公平锁（默认，允许插队提升性能）；synchronized仅支持非公平锁。3.可中断性：ReentrantLock的lockInterruptibly()方法允许线程在等待锁时响应中断；synchronized阻塞时无法被中断。4.条件变量：ReentrantLock通过newCondition()获取多个Condition对象，支持精准唤醒（如生产者-消费者模型中唤醒特定线程）；synchronized仅能通过wait()/notify()/notifyAll()实现单一条件队列。选择建议：简单同步场景（如方法或代码块加锁）优先用synchronized（代码简洁，JVM优化后性能接近）；需要公平锁、可中断锁或多条件变量时选择ReentrantLock（如高并发下的资源分配）。线程池的核心参数有哪些？各参数的具体作用是什么？线程池（ThreadPoolExecutor）的核心参数通过构造函数定义，共7个：1.corePoolSize（核心线程数）：线程池长期保留的最小线程数（即使空闲也不会销毁，除非设置allowCoreThreadTimeOut为true）。2.maximumPoolSize（最大线程数）：线程池允许创建的最大线程数（核心线程+临时线程）。3.keepAliveTime（空闲存活时间）：临时线程（超过核心线程数的部分）在无任务时的存活时间，超时后销毁。4.unit（时间单位）：keepAliveTime的时间单位（如TimeUnit.SECONDS）。5.workQueue（工作队列）：存储待执行任务的阻塞队列，常用类型有ArrayBlockingQueue（有界）、LinkedBlockingQueue（无界/有界）、SynchronousQueue（无存储，直接提交）、PriorityBlockingQueue（优先级队列）。6.threadFactory（线程工厂）：创建线程的工厂类，可自定义线程名称、优先级等（默认DefaultThreadFactory）。7.handler（拒绝策略）：当工作队列满且线程数达最大值时，对新任务的处理策略。线程池的工作流程是怎样的？当任务提交时，线程池如何处理？线程池处理任务的流程遵循“核心线程→工作队列→临时线程→拒绝策略”的顺序：1.提交任务时，若当前线程数小于corePoolSize，立即创建新线程（核心线程）执行任务（即使有空闲线程）。2.若核心线程已满（当前线程数≥corePoolSize），任务被加入workQueue等待执行。3.若workQueue已满且当前线程数小于maximumPoolSize，创建临时线程执行任务。4.若workQueue已满且当前线程数≥maximumPoolSize，触发拒绝策略处理新任务。例如：corePoolSize=3，maximumPoolSize=5，workQueue=ArrayBlockingQueue(容量2)。当提交6个任务时：前3个任务由核心线程执行；第4、5个任务入队；第6个任务因队列已满且当前线程数（3）<max（5），创建第4个临时线程执行；若继续提交第7个任务，此时线程数=5（核心3+临时2），队列已满，触发拒绝策略。常见的线程池拒绝策略有哪些？各自的适用场景是什么？ThreadPoolExecutor提供4种内置拒绝策略：1.AbortPolicy（默认）：直接抛出RejectedExecutionException异常。适用于关键任务，不允许丢弃（如金融交易），需上层捕获异常并处理（如重试）。2.CallerRunsPolicy：由调用者线程（提交任务的线程）直接执行任务。适用于流量控制场景（如主线程提交任务，若线程池饱和则主线程参与执行，降低提交速度）。3.DiscardPolicy：静默丢弃新任务，无任何提示。适用于允许丢失非关键任务（如日志记录）。4.DiscardOldestPolicy：丢弃工作队列中最旧的任务（队首任务），并尝试重新提交当前任务。适用于任务有时间敏感性（如实时统计，旧数据价值低）。如何合理配置线程池的核心线程数和最大线程数？需要考虑哪些因素？线程池的配置需结合任务类型（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）：线程数应接近或略大于CPU核心数（公式：corePoolSize=CPU核心数+1）。因CPU密集型任务很少等待IO，过多线程会增加上下文切换开销。IO密集型任务（如数据库查询、文件读写）：线程数可设为CPU核心数×2或更高（公式：corePoolSize=CPU核心数×(1+线程等待时间/线程运行时间)）。因IO操作时线程空闲，需更多线程保持CPU利用率。其他考虑因素：任务耗时：长耗时任务需减少线程数（避免资源耗尽），短耗时任务可增加线程数。内存限制：每个线程的栈空间（默认1MB）会占用内存，最大线程数需避免OOM（内存溢出）。响应时间：高并发场景下，增大核心线程数和队列容量可减少任务等待时间，但需平衡资源利用率。CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore的核心区别是什么？举例说明使用场景。三者均为并发工具类（java.util.concurrent），但功能不同：CountDownLatch（倒计数器）：初始化时设置计数（count），线程调用countDown()递减计数，等待线程通过await()阻塞，直到计数为0。特点是一次性（计数归零后无法重置）。场景：主线程等待所有子线程完成初始化（如启动多个线程加载配置，主线程等待所有配置加载完毕后继续执行）。CyclicBarrier（循环栅栏）：初始化时设置parties（需等待的线程数），每个线程调用await()后阻塞，直到所有parties个线程都调用await()，栅栏打开（触发Runnable任务，可选），并可重复使用（计数自动重置）。场景：多阶段任务同步（如多个线程处理同一数据的不同部分，完成第一阶段后共同进入第二阶段）。Semaphore（信号量）：通过acquire()获取许可（permits），release()释放许可，控制同时执行的线程数（许可数即最大并发量）。场景：限制资源访问量（如数据库连接池最多允许10个线程同时连接，超过则等待）。死锁发生的四个必要条件是什么？如何检测和避免死锁？死锁的四个必要条件：1.互斥条件：资源同一时间只能被一个线程占用（如synchronized锁）。2.持有并等待：线程已持有至少一个资源，同时请求其他线程持有的资源，且不释放已持有资源。3.不可抢占：资源只能由持有者主动释放，无法被其他线程强行抢占。4.循环等待：多个线程形成环形等待链（线程A等线程B的资源，线程B等线程A的资源）。检测方法：使用JDK工具（如jstack）打印线程堆栈，若发现线程状态为BLOCKED且等待的锁被其他线程持有，形成循环依赖，即可判定死锁。代码中通过ThreadMXBean检测（ThreadMXBean.findDeadlockedThreads()返回死锁线程ID）。避免策略：破坏“持有并等待”：一次性获取所有需要的资源（如按固定顺序加锁）。破坏“不可抢占”：使用可中断锁（如ReentrantLock的lockInterruptibly()）或定时锁（tryLock(longtimeout,TimeUnitunit)），超时后释放已持有资源。破坏“循环等待”：统一加锁顺序（如所有线程先获取锁A，再获取锁B，避免A→B和B→A的交叉顺序）。什么是线程安全？哪些操作可能导致线程不安全？如何解决？线程安全指多个线程并发访问时，对象的状态始终保持一致（符合预期）。线程不安全的根源是共享可变状态的访问未正确同步。常见线程不安全操作：1.非原子操作：如i++（实际为“读取-修改-写入”三步，中间可能被其他线程打断）。2.共享变量未同步：多个线程修改同一变量，未通过锁或volatile保证可见性。3.指令重排：JVM为优化性能可能重排指令顺序（如单例模式的双重检查锁定未用volatile，导致其他线程获取到未初始化的对象）。解决方案：使用synchronized或Lock同步代码块，保证原子性和可见性。使用原子类（如AtomicInteger），通过CAS（比较并交换）保证操作的原子性。使用volatile修饰状态变量，保证可见性和禁止指令重排（适用于布尔标志位）。避免共享状态（如使用ThreadLocal为每个线程维护独立副本）。volatile关键字的作用是什么？与synchronized的区别是什么？volatile的作用：1.保证可见性：被volatile修饰的变量，修改后立即刷新到主内存，其他线程读取时直接从主内存获取，避免使用本地缓存的旧值（基于JVM的内存屏障实现）。2.禁止指令重排：通过插入内存屏障（LoadStore、StoreLoad等），防止编译器或CPU对指令顺序的重排（如单例模式中防止“分配内存→赋值引用→初始化对象”的重排）。与synchronized的区别：范围：volatile修饰变量，synchronized修饰方法或代码块。原子性：volatile不保证原子性（如volatileinti;i++仍非原子），synchronized保证操作的原子性。锁机制：synchronized涉及锁的获取与释放（可能引发线程阻塞），volatile无锁，性能更轻量。可见性：两者均保证可见性，但实现方式不同（synchronized通过锁的释放-获取保证，volatile通过内存屏障）。ThreadLocal的实现原理是什么？可能引发的内存泄漏问题如何解决？ThreadLocal为每个线程提供独立的变量副本，避免共享状态。其核心是Thread类中的threadLocals字段（类型为ThreadLocal.ThreadLocalMap），每个ThreadLocal对象作为Map的key（弱引用），对应的值为线程的变量副本。内存泄漏原因：ThreadLocalMap的Entry（键值对）中，key是弱引用（WeakReference<ThreadLocal>），当ThreadLocal对象无强引用时会被GC回收（key变为null），但value是强引用（指向线程的变量副本），若线程未终止（如线程池中的长生命周期线程），value无法被回收，导致内存泄漏。解决方法：手动调用remove()：在不需要ThreadLocal变量时（如线程任务结束前），调用ThreadLocal的remove()方法删除Entry。限制ThreadLocal的作用域：避免在线程池中使用全局ThreadLocal，改为局部变量或任务结束后清理。使用静态ThreadLocal：若ThreadLocal为静态变量（与类生命周期绑定），key不会被GC回收，需注意及时清理。Callable与Runnable的区别是什么？如何获取异步任务的执行结果？Callable与Runnable的核心区别：Callable的call()方法有返回值（类型V），可抛出受检异常；Runnable的run()方法无返回值，不能抛出受检异常。Callable需配合ExecutorService或FutureTask使用，Runnable可直接作为Thread的构造参数。获取异步结果的方式：1.通过ExecutorService.submit(Callable<T>)：返回Future<T>对象，调用Future.get()阻塞获取结果（或get(longtimeout,TimeUnitunit)超时获取）。2.通过FutureTask：将Callable包装为FutureTask（实现RunnableFuture接口），传入Thread构造器启动线程，再调用FutureTask.get()获取结果。示例：ExecutorServiceexecutor=Executors.newSingleThreadExecutor();Future<Integer>future=executor.submit(()->{Thread.sleep(1000);return42;});Integerresult=future.get();//阻塞直到任务完成线程的中断机制是怎样的？interrupt()、isInterrupted()、interrupted()有何区别？线程的中断是一种协作机制（非强制终止），通过设置中断标志位通知线程“应终止”，由线程自行决定是否响应。关键方法：interrupt()：调用线程的interrupt()方法，设置该线程的中断标志位（若线程在wait()/sleep()/join()中，会抛出InterruptedException并清除标志位）。isInterrupted()：实例方法，返回线程的中断标志位状态（不清除标志）。interrupted()：静态方法，返回当前线程的中断标志位状态，并清除标志（调用后标志位重置为false）。正确响应中断的方式：在循环任务中检查中断标志（通过Thread.currentThread().isInterrupted()），或捕获InterruptedException后退出循环。例如：while(!Thread.currentThread().isInterrupted()){try{//执行任务Thread.sleep(100);}catch(InterruptedExceptione){//被中断，重置标志并退出Thread.currentThread().interrupt();break;}}原子类（如AtomicInteger）是如何保证操作原子性的？CAS机制的优缺点是什么？原子类（如AtomicInteger）通过CAS（Compare-And-Swap，比较并交换）保证操作的原子性。CAS是一种无锁算法，依赖Unsafe类的native方法（如compareAndSwapInt）实现，包含三个参数：内存地址（V）、预期旧值（A）、新值（B）。若V处的值等于A，则将V更新为B；否则不操作。整个过程由CPU的原子指令（如cmpxchg）保证原子性。CAS的优点：无锁：避免线程阻塞和上下文切换，性能优于synchronized（低竞争场景）。细粒度：支持单个变量的原子操作（如自增、比较交换）。CAS的缺点：ABA问题：变量值从A→B→A，CAS认为未变化（实际已修改）。可通过AtomicStampedReference（带版本号）或AtomicMarkableReference（带标记）解决。自旋消耗：高竞争场景下，线程多次CAS失败会持续自旋，浪费CPU资源。只能保证单个变量的原子性：多个变量需原子操作时，仍需锁（如synchronized或ReentrantLock）。什么是线程的上下文切换？哪些操作会触发上下文切换？如何减少上下文切换？线程的上下文切换指CPU从一个线程切换到另一个线程执行时，保存当前线程的状态（PC计数器、寄存器值、栈指针等）并加载另一个线程状态的过程。触发上下文切换的常见操作：时间片耗尽：操作系统为每个线程分配时间片，超时后切换。锁竞争：线程获取synchronized锁失败，进入阻塞状态，触发切换。IO阻塞：线程执行IO操作（如读取文件）时，因等待资源进入阻塞，CPU切换其他线程。主动放弃：线程调用yield()（提示CPU切换）或sleep()（主动休眠）。中断处理：外部中断（如用户输入）触发CPU切换到中断处理线程。减少上下文切换的方法：减少锁竞争：使用无锁数据结构（如ConcurrentHashMap）或缩小同步代码块范围。优化线程数：避免创建过多线程（CPU密集型线程数≈核心数，IO密集型合理估算）。使用CAS替代锁：低竞争场景下，原子类的CAS操作减少阻塞。批量处理任务：将小任务合并，减少线程频繁创建和销毁（如线程池复用线程）。