2026年Java中级开发人员进阶测试并发编程与性能优化

2026年Java中级开发人员进阶测试并发编程与性能优化一、选择题（共15题，每题2分，合计30分）1.在Java中，以下哪个线程池类适用于执行固定数量的长期运行任务？A.`ThreadPoolExecutor`B.`ScheduledThreadPoolExecutor`C.`CachedThreadPool`D.`FixedThreadPool`2.以下哪个锁的实现是可重入的？A.`ReentrantLock`B.`ReadWriteLock`C.`Semaphore`D.`CountDownLatch`3.在Java中，以下哪个方法可以用于判断当前线程是否持有某个对象的监视器锁？A.`isLocked()`B.`hasLock()`C.`holdsLock()`D.`isHoldingLock()`4.以下哪个并发集合类是线程安全的，但不是线程原子的？A.`ConcurrentHashMap`B.`CopyOnWriteArrayList`C.`Vector`D.`Hashtable`5.在Java中，以下哪个类用于实现异步编程模式？A.`CompletableFuture`B.`FutureTask`C.`ExecutorService`D.`ScheduledExecutorService`6.以下哪个注解用于标记一个方法必须在同一线程中执行？A.`@Synchronized`B.`@ThreadLocal`C.`@ReentrantLock`D.`@Inheritable`7.在Java中，以下哪个类用于实现线程安全的原子操作？A.`AtomicInteger`B.`ConcurrentHashMap`C.`ThreadLocal`D.`ReentrantLock`8.以下哪个并发工具类用于实现信号量机制？A.`CyclicBarrier`B.`CountDownLatch`C.`Semaphore`D.`Exchanger`9.在Java中，以下哪个方法可以用于释放当前线程持有的锁？A.`unlock()`B.`releaseLock()`C.`freeLock()`D.`release()`10.以下哪个并发集合类适用于高并发场景下的读多写少操作？A.`ConcurrentHashMap`B.`ArrayList`C.`LinkedList`D.`Vector`11.在Java中，以下哪个类用于实现线程本地存储？A.`ThreadLocal`B.`ConcurrentHashMap`C.`AtomicInteger`D.`Lock`12.以下哪个并发工具类用于实现线程间的协作？A.`CyclicBarrier`B.`Semaphore`C.`CountDownLatch`D.`Exchanger`13.在Java中，以下哪个锁是公平锁？A.`ReentrantLock`B.`ReadWriteLock`C.`Semaphore`D.`ReentrantReadWriteLock`14.以下哪个并发集合类适用于高并发场景下的写操作？A.`ConcurrentLinkedQueue`B.`CopyOnWriteArrayList`C.`ConcurrentHashMap`D.`ArrayList`15.在Java中，以下哪个方法可以用于中断一个正在执行的线程？A.`stop()`B.`interrupt()`C.`terminate()`D.`kill()`二、简答题（共5题，每题4分，合计20分）1.简述Java中的线程池有哪些优缺点？2.简述Java中的CAS（Compare-And-Swap）原理及其应用场景。3.简述Java中的`volatile`关键字的作用及其局限性。4.简述Java中的`ThreadLocal`原理及其应用场景。5.简述Java中的`ReentrantLock`与`synchronized`的异同。三、编程题（共3题，每题10分，合计30分）1.编写一个线程安全的计数器类，要求支持自增操作，并保证高并发场景下的线程安全。2.编写一个线程池任务提交类，要求支持任务的拒绝策略处理。3.编写一个线程安全的`ConcurrentHashMap`实现，要求支持高并发场景下的读多写少操作。四、性能优化题（共2题，每题10分，合计20分）1.在Java中，如何优化`ConcurrentHashMap`的性能？请列举至少三种优化方法。2.在Java中，如何优化`ArrayList`的高并发性能？请列举至少两种优化方法。答案与解析一、选择题答案与解析1.D.FixedThreadPool解析：`FixedThreadPool`适用于执行固定数量的长期运行任务，因为它会复用固定数量的线程，避免频繁创建和销毁线程的开销。2.A.ReentrantLock解析：`ReentrantLock`是可重入锁，即同一线程可以多次获取同一锁。其他选项不是锁的实现。3.C.holdsLock()`解析：`ReentrantLock`提供`holdsLock()`方法判断当前线程是否持有锁，其他选项不存在。4.B.CopyOnWriteArrayList解析：`CopyOnWriteArrayList`是线程安全的，但读操作不加锁，写操作会复制数组，性能较低。其他选项要么不是线程安全，要么是过时的线程安全集合。5.A.CompletableFuture解析：`CompletableFuture`支持异步编程，可以链式调用，实现复杂的异步逻辑。其他选项不直接支持异步编程。6.A.@Synchronized解析：`@Synchronized`注解用于同步方法，确保同一时间只有一个线程执行该方法。其他选项不是用于同步。7.A.AtomicInteger解析：`AtomicInteger`提供原子操作，如`incrementAndGet()`，无需锁。其他选项不是原子操作类。8.C.Semaphore解析：`Semaphore`用于实现信号量机制，控制并发线程数。其他选项不是信号量实现。9.A.unlock()`解析：`ReentrantLock`提供`unlock()`方法释放锁。其他选项不存在。10.A.ConcurrentHashMap解析：`ConcurrentHashMap`适用于高并发读多写少场景，分段锁机制提高并发性能。其他选项不适合高并发。11.A.ThreadLocal解析：`ThreadLocal`为每个线程提供独立的数据副本，避免共享状态。其他选项不是线程本地存储。12.A.CyclicBarrier解析：`CyclicBarrier`用于线程间协作，等待所有线程到达某个点再继续执行。其他选项不是协作工具。13.A.ReentrantLock解析：`ReentrantLock`可以配置为公平锁，按请求顺序分配锁。其他选项默认不公平。14.C.ConcurrentHashMap解析：`ConcurrentHashMap`适用于高并发写操作，分段锁机制提高性能。其他选项写操作性能较低。15.B.interrupt()`解析：`interrupt()`用于中断线程，可以配合`Thread.sleep()`等中断敏感操作。其他选项不是标准中断方法。二、简答题答案与解析1.简述Java中的线程池有哪些优缺点？优点：-减少线程创建和销毁的开销，提高系统性能。-控制并发线程数，避免系统资源耗尽。-提高任务执行效率，复用线程。缺点：-线程池饱和时，任务会阻塞或被拒绝。-线程池过大可能导致上下文切换频繁，降低性能。2.简述Java中的CAS（Compare-And-Swap）原理及其应用场景。原理：CAS是“比较并交换”操作，通过原子性比较内存值，如果相等则更新为新值，否则不做操作。应用场景：-原子操作，如计数器自增。-高并发场景下的无锁编程。3.简述Java中的`volatile`关键字的作用及其局限性。作用：-确保变量可见性，即一个线程修改后其他线程能立即感知。-禁止指令重排序。局限性：-不能保证复合操作（如`i++`）的原子性。4.简述Java中的`ThreadLocal`原理及其应用场景。原理：-每个线程有自己的`ThreadLocal`副本，避免共享状态。应用场景：-存储线程上下文数据，如用户信息。5.简述Java中的`ReentrantLock`与`synchronized`的异同。相同点：-都支持可重入锁。不同点：-`ReentrantLock`支持公平锁、可中断、可超时。-`synchronized`是JVM实现，`ReentrantLock`是编程实现。三、编程题答案与解析1.编写一个线程安全的计数器类，要求支持自增操作，并保证高并发场景下的线程安全。javaimportjava.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;publicclassSafeCounter{privateAtomicIntegercount=newAtomicInteger(0);publicvoidincrement(){count.incrementAndGet();}publicintgetCount(){returncount.get();}}解析：使用`AtomicInteger`实现原子自增，避免锁竞争。2.编写一个线程池任务提交类，要求支持任务的拒绝策略处理。javaimportjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;importjava.util.concurrent.TimeUnit;importjava.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;publicclassThreadPoolWithRejectHandler{privateThreadPoolExecutorexecutor;publicThreadPoolWithRejectHandler(intcorePoolSize,intmaximumPoolSize,longkeepAliveTime){executor=newThreadPoolExecutor(corePoolSize,maximumPoolSize,keepAliveTime,TimeUnit.MILLISECONDS,newjava.util.concurrent.ArrayBlockingQueue<>(10),newThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()//拒绝策略：运行在调用者线程);}publicvoidsubmit(Runnabletask){executor.submit(task);}}解析：使用`CallerRunsPolicy`拒绝策略，将任务运行在调用者线程。3.编写一个线程安全的`ConcurrentHashMap`实现，要求支持高并发场景下的读多写少操作。javaimportjava.util.concurrent.ConcurrentHashMap;publicclassConcurrentMapExample{privateConcurrentHashMap<String,String>map=newConcurrentHashMap<>();publicvoidput(Stringkey,Stringvalue){map.put(key,value);}publicStringget(Stringkey){returnmap.get(key);}}解析：`ConcurrentHashMap`本身是线程安全的，无需额外实现。四、性能优化题答案与解析1.在Java中，如何优化`ConcurrentHashMap`的性能？请列举至少三种优化方法。-使用合适的初始容量