2025 届秋招常见八股文汇总——Java 多线程

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Java 创建线程有哪几种方式

在 Java 中，创建线程有四种方式，分别是继承 Thread 类、实现 Runnable 接口，使用 Callable 和 Future，使用线程池.

继承 Thread 类：通过创建 Thread 类的子类，并重写其 run 方法来定义线程执行的任务。
实现 Runnable 接口：创建一个实现了 Runnable 接口的类，并实现其 run 方法。然后创建该类的实例，并将其作为参数传递给 Thread 对象。
使用 Callable 和 Future 接口：创建一个实现了 Callable 接口的类，并实现其 call 方法，该方法可以返回结果并抛出异常。使用 ExecutorService 来管理线程池，并提交 Callable 任务获取 Future 对象，以便在未来某个时刻获取 Callable 任务的计算结果。
使用线程池：通过使用 ThreadPoolExecutor 类创建线程池，并通过线程池来管理线程的创建和复用。

Thread.start() 和 Thread.run() 的区别

在 Java 多线程中，run 方法和 start 方法的区别在于：

run 方法是线程的执行体，包含线程要执行的代码，当直接调用 run 方法时，它会在当前线程的上下文中执行，而不会创建新的线程。
start 方法用于启动一个新的线程，并在新线程中执行 run 方法的代码。调用 start 方法会为线程分配系统资源，并将线程置于就绪状态，当调度器选择该线程时，会执行 run 方法中的代码。

因此，虽然可以直接调用 run 方法，但这并不会创建一个新的线程，而是在当前线程中执行 run 方法的代码。如果需要实现多线程执行，则应该调用 start 方法来启动新线程。

Java 线程的 6 个状态

NEW：新建状态，线程被创建但未启动。
RUNNABLE：可运行状态，线程已启动并在等待 CPU 调度。
BLOCKED：阻塞状态，线程等待获取锁。
WAITING：等待状态，线程等待其他线程的通知。
TIMED_WAITING：计时等待状态，线程等待一段时间后自动苏醒。
TERMINATED：终止状态，线程已完成执行。

Java 中有哪些锁

公平锁/非公平锁：公平锁指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁，非公平锁是指多个线程获取锁的顺序并不是按照申请锁的顺序，有可能后申请的线程比先申请的线程优先获取锁。有可能，会造成优先级反转或者饥饿现象。对于 Java ReentrantLock 而言，默认是非公平锁，对于 Synchronized 而言，也是一种非公平锁。
可重入锁（递归锁）：在同一个线程在外层方法获取锁的时候，在进入内层方法会自动获取锁。对于 Java ReentrantLock 而言，是可重入锁，对于 Synchronized 而言，也是一个可重入锁。
独享锁/共享锁：独享锁是指该锁一次只能被一个线程所持有。共享锁是指该锁可被多个线程所持有。对于 Java ReentrantLock 而言，其是独享锁。但是对于 Lock 的另一个实现类 ReadWriteLock，其读锁是共享锁，其写锁是独享锁。对于 Synchronized 而言，当然是独享锁。
互斥锁/读写锁：上面讲的独享锁/共享锁就是一种广义的说法，互斥锁/读写锁就是具体的实现。互斥锁在 Java 中的具体实现就是 ReentrantLock。读写锁在 Java 中的具体实现就是 ReadWriteLock。
乐观锁/悲观锁：乐观锁与悲观锁不是指具体的什么类型的锁，而是指看待并发同步的角度。悲观锁认为对于同一个数据的并发操作，一定是会发生修改的，哪怕没有修改，也会认为修改。因此对于同一个数据的并发操作，悲观锁采取加锁的形式。悲观的认为，不加锁的并发操作一定会出问题。乐观锁则认为对于同一个数据的并发操作，是不会发生修改的。在更新数据的时候，会采用尝试更新，不断重新的方式更新数据。乐观的认为，不加锁的并发操作是没有事情的。从上面的描述我们可以看出，悲观锁适合写操作非常多的场景，乐观锁适合读操作非常多的场景，不加锁会带来大量的性能提升。悲观锁在 Java 中的使用，就是利用各种锁。乐观锁在 Java 中的使用，是无锁编程，常常采用的是 CAS 算法，典型的例子就是原子类，通过 CAS 自旋实现原子操作的更新。
分段锁：分段锁其实是一种锁的设计，并不是具体的一种锁，对于 ConcurrentHashMap 而言，其并发的实现就是通过分段锁的形式来实现高效的并发操作。
偏向锁/轻量级锁/重量级锁：这三种锁是指锁的状态，并且是针对 Synchronized。在 Java 5 通过引入锁升级的机制来实现高效 Synchronized。这三种锁的状态是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。偏向锁是指一段同步代码一直被一个线程所访问，那么该线程会自动获取锁。降低获取锁的代价。轻量级锁是指当锁是偏向锁的时候，被另一个线程所访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，不会阻塞，提高性能。重量级锁是指当锁为轻量级锁的时候，另一个线程虽然是自旋，但自旋不会一直持续下去，当自旋一定次数的时候，还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁膨胀为重量级锁。重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞，性能降低。
自旋锁：在 Java 中，自旋锁是指尝试获取锁的线程不会立即阻塞，而是采用循环的方式去尝试获取锁，这样的好处是减少线程上下文切换的消耗，缺点是循环会消耗 CPU。

如何理解 synchronized 关键字

synchronized 用于实现同步和线程安全。

当一个方法或代码块被 synchronized 修饰时，它将成为一个临界区，同一时刻只能由一个线程访问。其他线程必须等待当前线程退出临界区才能进入。确保多个线程在访问共享资源时不会产生冲突。
synchronized 可以应用于方法或代码块。当它应用于方法时，整个方法被锁定；当它应用于代码块时，只有该代码块被锁定。这样做的好处是，可以选择性地锁定对象的一部分，而不是整个方法。
synchronized 实现的机理依赖于软件层面上的 JVM，因此其性能会随着 Java 版本的不断升级而提高。到了 Java1.6，synchronized 进行了很多的优化，有适应自旋、锁消除、锁粗化、轻量级锁及偏向锁等，效率有了本质上的提高。在之后推出的 Java1.7 与 1.8 中，均对该关键字的实现机理做了优化。需要说明的是，当线程通过 synchronized 等待锁时是不能被 Thread.interrupt() 中断的，因此程序设计时必须检查确保合理，否则可能会造成线程死锁的尴尬境地。
最后，尽管 Java 实现的锁机制有很多种，并且有些锁机制性能也比 synchronized 高，但还是强烈推荐在多线程应用程序中使用该关键字，因为实现方便，后续工作由 JVM 来完成，可靠性高。只有在确定锁机制是当前多线程程序的性能瓶颈时，才考虑使用其他机制，如 ReentrantLock 等。

synchronized 和 lock 的区别是什么

synchronized 和 Lock 都是 Java 中用于实现线程同步的手段，synchronized 是 Java 的关键字，基于 JVM 的内置锁实现，可以用于修饰方法或代码块，使用起来比较简单直接。而 Lock 是一个接口，是 Java 提供的显式锁机制，需要手动获取和释放锁，通过实现类（如 ReentrantLock）来创建锁对象，然后主动调用锁的获取和释放方法。

特性

synchronized：灵活性相对较低，只能用于方法或代码块。而且 synchronized 方法一旦开始执行，即使线程被阻塞，也不能中断。没有超时机制，一旦获取不到锁就会一直等待，也没有公平性的概念，线程调度由 JVM 控制。
lock：提供了更多的灵活性，例如可以尝试获取锁，如果锁已被其他线程持有，可以选择等待或者中断等待。提供了超时获取锁的能力，可以在指定时间内尝试获取锁，也可以设置为公平锁，按照请求锁的顺序来获取锁。

等待与通知：

synchronized：与 wait() 和 notify()/notifyAll() 方法一起使用，用于线程的等待和通知。
lock：可以与 Condition 接口结合，实现更细粒度的线程等待和通知机制。

总结来说，synchronized 使用简单，适合锁的粒度较小、竞争不激烈、实现简单的场景。而 Lock 提供了更多的灵活性和控制能力，适用于需要更复杂同步控制的场景。

synchronized 和 ReentrantLock 的区别是什么

synchronized 和 ReentrantLock 都是 Java 中用于实现线程同步的手段，synchronized 是 Java 的关键字，基于 JVM 的内置锁实现，可以用于修饰方法或代码块，使用起来比较简单直接。而 ReentrantLock 是 java.util.concurrent.locks 包中的一个锁实现，需要显式创建，并通过调用 lock() 和 unlock() 方法来管理锁的获取和释放。

特性

synchronized：灵活性相对较低，只能用于方法或代码块。而且synchronized方法一旦开始执行，即使线程被阻塞，也不能中断。没有超时机制，一旦获取不到锁就会一直等待，也没有公平性的概念，线程调度由JVM控制。
ReentrantLock：支持中断操作，可以在等待锁的过程中响应中断, 提供了尝试获取锁的超时机制，可以通过tryLock()方法设置超时时间。可以设置为公平锁，按照请求的顺序来获取锁，提供了isLocked()、isFair()等方法，可以检查锁的状态。

条件变量

synchronized 可以通过 wait()、notify()、notifyAll() 与对象的监视器方法配合使用来实现条件变量。
ReentrantLock 可以通过 Condition 新 API 实现更灵活的条件变量控制。

锁绑定多个条件

synchronized 与单个条件关联，需要使用多个方法调用来实现复杂的条件判断。
ReentrantLock 可以与多个 Condition 对象关联，每个对象可以有不同的等待和唤醒逻辑。

总结来说，synchronized 适合简单的同步需求，而 ReentrantLock 提供了更丰富的控制能力和灵活性，适用于需要复杂同步控制的场景。

volatile 关键字的作用有哪些

volatile 通常被比喻成 “轻量级的 synchronized”，它不需要获取和释放锁，是 Java 并发编程中比较重要的一个关键字。和 synchronized 不同，volatile 是一个变量修饰符，只能用来修饰变量。无法修饰方法及代码块等。

volatile 关键字在 Java 中主要用于保证变量的内存可见性和禁止指令重排。

保证可见性：确保当一个线程修改了一个 volatile 变量时，其他线程能够立即看到这个改变。

当对非 volatile 变量进行读写的时候，每个线程先从主内存拷贝变量到 CPU 缓存中，如果计算机有多个 CPU，每个线程可能在不同的 CPU 上被处理，这意味着每个线程可以拷贝到不同的 CPU cache中。
volatile 变量不会被缓存在寄存器或者对其他处理器不可见的地方，保证了每次读写变量都从主内存中读，跳过 CPU cache 这一步。当一个线程修改了这个变量的值，新值对于其他线程是立即得知的。

禁止指令重排： volatile 变量的写操作在 JVM 执行时不会发生指令重排，确保写入操作在读取操作之前完成。

指令重排序是 JVM 为了优化指令、提高程序运行效率，在不影响单线程程序执行结果的前提下，尽可能地提高并行度，包括编译器重排序和运行时重排序；
volatile 变量禁止指令重排序。针对 volatile 修饰的变量，在读写操作指令前后会插入内存屏障，指令重排序时不能把后面的指令重排序到内存屏障。

虽然 volatile 可以确保可见性，但它不保证复合操作的原子性。

volatile 与 synchronized 的对比

volatile 和 synchronized 都是 Java 中用于多线程同步的工具，在用途、原子性、互斥性、性能和使用场景上有一定的区别。

机制和用途

synchronized：用于提供线程间的同步机制。当一个线程进入一个由 synchronized 修饰的代码块或方法时，它会获取一个监视器锁，这保证了同一时间只有一个线程可以执行这段代码。其主要用途是确保数据的一致性和线程安全性。
volatile：用于修饰变量。volatile 的主要作用是确保变量的可见性，即当一个线程修改了一个 volatile 变量的值，其他线程能够立即看到这个修改。此外，它还可以防止指令重排序。但是，volatile 并不能保证复合操作的原子性。
总结： volatile 关键字主要用于解决变量在多个线程之间的可见性，而 synchronized 关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性。

原子性

synchronized：可以保证被其修饰的代码块的原子性，即这段代码在执行过程中不会被其他线程打断。
volatile：只能保证单个读写操作的原子性，对于复合操作（如自增、自减等）则无法保证原子性。

性能

volatile 通常比 synchronized 更轻量级，所以 volatile 性能肯定比 synchronized 关键字要好; 因为它不涉及锁的获取和释放。但是，这也意味着它提供的同步级别较低。

互斥性：

synchronized：提供了互斥性，即同一时间只有一个线程可以执行被其修饰的代码块或方法。
volatile：不提供互斥性，只是确保变量的可见性。

使用场景

volatile 适用于简单的内存可见性要求
而 synchronized 可以通过 ReentrantLock 等扩展为更灵活的锁机制，适用于需要保证原子性、可见性和互斥的复杂同步场景。

线程池的作用

资源管理：在多线程应用中，每个线程都需要占用内存和 CPU 资源，如果不加限制地创建线程，会导致系统资源耗尽，可能引发系统崩溃。线程池通过限制并控制线程的数量，帮助避免这个问题。
提高性能：通过重用已存在的线程，线程池可以减少创建和销毁线程的开销。
任务排队：线程池通过任务队列和工作线程的配合，合理分配任务，确保任务按照一定的顺序执行，避免线程竞争和冲突
统一管理：线程池提供了统一的线程管理方式，可以对线程进行监控、调度和管理。

线程池有哪些常用参数

corePoolSize 核心线程数：线程池中长期存活的线程数。
maximumPoolSize 最大线程数：线程池允许创建的最大线程数量，当线程池的任务队列满了之后，可以创建的最大线程数。
keepAliveTime 空闲线程存活时间：当线程数大于 corePoolSize 时，多余的空闲线程能等待新任务的最长时间。
TimeUnit：与 keepAliveTime 一起使用，指定 keepAliveTime 的时间单位，如秒、分钟等。
workQueue 线程池任务队列：线程池存放任务的队列，用来存储线程池的所有待执行任务。
ThreadFactory：线程池创建线程时调用的工厂方法，通过此方法可以设置线程的优先级、线程命名规则以及线程类型（用户线程还是守护线程）等。
RejectedExecutionHandler：拒绝策略，当线程池的任务超出线程池队列可以存储的最大值之后，执行的策略。

BIO、NIO、AIO 的区别

BIO、AIO 和 NIO 是 Java 中不同的 I/O 模型，它们在处理输入输出操作时有不同的特点。

BIO：阻塞式的 I/O 模型。当一个线程执行 I/O 操作时，如果数据还没准备好，这个线程会被阻塞，直到数据到达。适合连接数较少且固定的场景，但扩展性较差。
NIO：非阻塞的 I/O 模型。NIO 使用缓冲区和通道来处理数据，提高了 I/O 操作的效率。支持面向缓冲区的读写操作，可以处理大量并发的连接。
AIO：异步I/O模型，从 Java 7 开始引入。在 AIO 中，I/O 操作被发起后，线程可以继续执行其他任务，一旦 I/O 操作完成，操作系统会通知线程。适合需要处理大量并发 I/O 操作，且希望避免 I/O 操作阻塞线程的场景。
使用场景：
- BIO 适合低并发、连接数较少的应用。
- NIO 适合高并发、需要处理大量连接的应用。
- AIO 适合需要高性能、异步处理 I/O 操作的场景。

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