1.你知道线程与进程的区别吗？

进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位，线程是程序执行的最小单位，一个进程必然有一条线程（主线程）。
进程有自己的内存地址空间，线程只独享指令流执行的必要资源，如寄存器和栈。
由于同一进程的各线程间共享内存和文件资源，可以不通过内核进行直接通信。
线程的创建、切换及终止效率更高。
进程之间互不影响，线程之间可以相互影响。

2.你知道创建线程有几种方式吗？

继承Thread类，并实现run()方法。
实现Runnable接口，并实现run()方法。
实现Callable接口，并实现call()方法。
通过线程池来自动创建线程。

3.Runable与Callable的区别？

两个都是描述一个“任务”，实现Callable接口的任务线程能返回执行结果，此时需要调用FutureTask.get()方法实现，此方法会阻塞主线程直到获取call()返回的结果；当不调用此方法时，主线程不会阻塞；而实现Runnable接口的任务线程不能返回结果。
Callable实现的是call()方法，Runnable实现的是run()方法。
Callable接口的call()方法允许抛出异常；而Runnable接口的run()方法的异常只能在内部消化，不能继续上抛。

4.线程池有几种？

JDK提供的创建线程池的方法有六种：

// 1. 用来处理大量短时间工作任务的线程池,如果池中没有可用的线程将创建新的线程，如果线程空闲60秒将收回并移出缓存
ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
// 2. 创建一个操作无界队列且固定大小线程池
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
// 3. 创建一个操作无界队列且只有一个工作线程的线程池
ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
// 4. 创建一个单线程执行器，可以在给定时间后执行或定期执行。
ScheduledExecutorService singleThreadScheduledExecutor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
// 5. 创建一个指定大小的线程池，可以在给定时间后执行或定期执行。
ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(3);
// 6. 创建一个指定大小（不传入参数，为当前机器CPU核心数）的线程池，并行地处理任务，不保证处理顺序
Executors.newWorkStealingPool();

5.手动创建线程池的时候ThreadPoolExcutor有多个参数，以及参数的含义？

int corePoolSize：核心线程数，创建线程池包含的最小线程数量。
int maximumPoolSize：最大线程数，也可以叫做临时线程数。
long keepAliveTime：临时线程空闲时长。
TimeUnit unit：空闲时间单位，和keepAliveTime一起使用。
BlockingQueue<Runnable> workQueue：用来保存任务的阻塞队列。
RejectedExecutionHandler handler：拒绝策略，触发的时机：当线程池处理不了过多的任务时。

6.线程池中的拒绝策略都有哪些？

7.线程池的工作流程是什么？

用核心线程去执行任务；
多于任务会被保存到阻塞队列中；
当阻塞队列满了之后，就会创建临时线程；
当阻塞队列满了而且临时线程也创建完成，之后再提交的线程就会执行拒绝策略；
当任务被成功处理之后，临时线程经过一段空闲时间将会被系统收回。

8.知道线程安全问题吗？

如果多线程环境下代码运行的结果是不符合我们预期的，即不是在单线程环境应该的结果，则说这个程序是线程不安全的。

可能造成线程不安全原因：

多个线程修改了同一个变量；
线程是抢占式执行的，CPU调度是随机的；
没有保证原子性；
没有保证内存可见性；
没有保证有序性。

9.怎么解决线程安全问题？

保证线程安全的思路：

1. 使用没有共享资源的模型

2. 适用共享资源只读，不写的模型

1. 不需要写共享资源的模型

2. 使用不可变对象

3. 直面线程安全（重点）

1. 保证原子性

2. 保证顺序性

3. 保证可见性

具体解决可见之前的博客总结：线程安全问题及解决方法

10.synchronized和volatile的作用与区别？

synchronized特性：

互斥性：同一时间只能有一个线程获取到锁，其他的线程就要阻塞等待；
刷新内存：线程修改完变量的值后，会把新值写回到主内存，将并行改为串行方式来做；
可重入：一个线程可以对同一个锁对象加多次锁；

volatile特性：

可以保证内存可见性
可以解决有序性
不具备原子性

synchronized和volatile的区别：

volatile仅能使用在变量级别，synchronized则可以使用在变量、方法、类级别上。
volatile仅仅能实现变量修改可见性，并不能保证原子性，synchronized可以实现变量的修改可见性和原子性。
volatile不会造成线程阻塞，synchronized可能会造成线程阻塞。
volatile标记的变量不会被编译器优化，synchronized标记的变量可以被编译器优化。

11.JMM特征？

JMM 是Java内存模型（ Java Memory Model），简称JMM。它本身只是一个抽象的概念，并不真实存在，它描述的是一种规则或规范，是和多线程相关的一组规范。

JMM 抽象出主存储器（Main Memory）和工作存储器（Working Memory）两种。
·主存储器是实例对象所在的区域，所有的实例都存在于主存储器内。比如，实例所拥有的字段即位于主存储器内，主存储器是所有的线程所共享的。
·工作存储器是线程所拥有的作业区，每个线程都有其专用的工作存储器。工作存储器存有主存储器中必要部分的拷贝，称之为工作拷贝（Working Copy）。
所以，线程无法直接对主内存进行操作，此外，线程A想要和线程B通信，只能通过主存进行。

JMM的三大特性：原子性、可见性、有序性。

1.原子性
一个或多个操作，要么全部执行，要么全部不执行（执行的过程中是不会被任何因素打断的）。

2.可见性
只要有一个线程对共享变量的值做了修改，其他线程都将马上收到通知，立即获得最新值。

3.有序性
有序性可以总结为：在本线程内观察，所有的操作都是有序的；而在一个线程内观察另一个线程，所有操作都是无序的。前半句指 as-if-serial 语义：线程内似表现为串行，后半句是指：“指令重排序现象”和“工作内存与主内存同步延迟现象”。处理器为了提高程序的运行效率，提高并行效率，可能会对代码进行优化。编译器认为，重排序后的代码执行效率更优。这样一来，代码的执行顺序就未必是编写代码时候的顺序了，在多线程的情况下就可能会出错。

在代码顺序结构中，我们可以直观的指定代码的执行顺序, 即从上到下按序执行。但编译器和CPU处理器会根据自己的决策，对代码的执行顺序进行重新排序，优化指令的执行顺序，提升程序的性能和执行速度，使语句执行顺序发生改变，出现重排序，但最终结果看起来没什么变化（在单线程情况下）。

有序性问题指的是在多线程的环境下，由于执行语句重排序后，重排序的这一部分没有一起执行完，就切换到了其它线程，导致计算结果与预期不符的问题。这就是编译器的编译优化给并发编程带来的程序有序性问题。

Java 语言提供了 volatile 和 synchronized 两个关键字来保证线程之间操作的有序性，volatile 是因为其本身包含“禁止指令重排序”的语义，synchronized 是由“一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行 lock 操作”这条规则获得的，此规则决定了持有同一个对象锁的两个同步块只能串行进入。

12.synchronized的锁升级过程？

Synchronized 具有以下特性 ( 只考虑 JDK 1.8):

开始时是乐观锁, 如果锁冲突频繁, 就转换为悲观锁.
开始是轻量级锁实现, 如果锁被持有的时间较长, 就转换成重量级锁.
实现轻量级锁的时候大概率用到的自旋锁策略
是一种不公平锁
是一种可重入锁
不是读写锁

13.什么是偏向锁、轻量级锁、重量级锁？

1) 偏向锁

第一个尝试加锁的线程, 优先进入偏向锁状态.

偏向锁不是真的 "加锁", 只是给对象头中做一个 "偏向锁的标记", 记录这个锁属于哪个线程.

如果后续没有其他线程来竞争该锁, 那么就不用进行其他同步操作了(避免了加锁解锁的开销)

如果后续有其他线程来竞争该锁(刚才已经在锁对象中记录了当前锁属于哪个线程了, 很容易识别当前申请锁的线程是不是之前记录的线程), 那就取消原来的偏向锁状态, 进入一般的轻量级锁状态.

偏向锁本质上相当于 "延迟加锁" . 能不加锁就不加锁, 尽量来避免不必要的加锁开销.

但是该做的标记还是得做的, 否则无法区分何时需要真正加锁.

2) 轻量级锁

随着其他线程进入竞争, 偏向锁状态被消除, 进入轻量级锁状态(自适应的自旋锁).

此处的轻量级锁就是通过 CAS 来实现.

通过 CAS 检查并更新一块内存 (比如 null => 该线程引用)
如果更新成功, 则认为加锁成功
如果更新失败, 则认为锁被占用, 继续自旋式的等待(并不放弃 CPU).

自旋操作是一直让 CPU 空转, 比较浪费 CPU 资源.

因此此处的自旋不会一直持续进行, 而是达到一定的时间/重试次数, 就不再自旋了.

也就是所谓的 "自适应"

3) 重量级锁

如果竞争进一步激烈, 自旋不能快速获取到锁状态, 就会膨胀为重量级锁

此处的重量级锁就是指用到内核提供的 mutex .

执行加锁操作, 先进入内核态.
在内核态判定当前锁是否已经被占用
如果该锁没有占用, 则加锁成功, 并切换回用户态.
如果该锁被占用, 则加锁失败. 此时线程进入锁的等待队列, 挂起. 等待被操作系统唤醒.
经历了一系列的沧海桑田, 这个锁被其他线程释放了, 操作系统也想起了这个挂起的线程, 于是唤醒这个线程, 尝试重新获取锁.

14.介绍一下CAS，以及ABA问题？

CAS: 全称Compare and swap，字面意思:”比较并交换“，一个 CAS 涉及到以下操作：

我们假设内存中的原数据V，旧的预期值A，需要修改的新值B。

比较 A 与 V 是否相等。（比较）
如果比较相等，将 B 写入 V。（交换）
返回操作是否成功。

CAS 伪代码

boolean CAS(address, expectValue, swapValue) {
 if (&address == expectedValue) {
   &address = swapValue;
        return true;
   }
    return false;
}

当多个线程同时对某个资源进行CAS操作，只能有一个线程操作成功，但是并不会阻塞其他线程,其他线程只会收到操作失败的信号。

CAS 可以视为是一种乐观锁. (或者可以理解成 CAS 是乐观锁的一种实现方式

ABA 的问题:

假设存在两个线程 t1 和 t2. 有一个共享变量 num, 初始值为 A.

接下来, 线程 t1 想使用 CAS 把 num 值改成 Z, 那么就需要

先读取 num 的值, 记录到 oldNum 变量中.
使用 CAS 判定当前 num 的值是否为 A, 如果为 A, 就修改成 Z.

但是, 在 t1 执行这两个操作之间, t2 线程可能把 num 的值从 A 改成了 B, 又从 B 改成了 A

解决方案

给要修改的值, 引入版本号. 在 CAS 比较数据当前值和旧值的同时, 也要比较版本号是否符合预期. CAS 操作在读取旧值的同时, 也要读取版本号.

真正修改的时候,

如果当前版本号和读到的版本号相同, 则修改数据, 并把版本号 + 1.
如果当前版本号高于读到的版本号. 就操作失败(认为数据已经被修改过了).

15.ReentrantLock特性？以及和synchronized的区别？

ReentrantLock 也是可重入互斥锁. 和 synchronized 定位类似, 都是用来实现互斥效果, 保证线程安全.

ReentrantLock 的用法:

lock(): 加锁, 如果获取不到锁就死等.
trylock(超时时间): 加锁, 如果获取不到锁, 等待一定的时间之后就放弃加锁.
unlock(): 解锁

ReentrantLock 和 synchronized 的区别:

synchronized 是一个关键字, 是 JVM 内部实现的(大概率是基于 C++ 实现). ReentrantLock 是标准库的一个类, 在 JVM 外实现的(基于 Java 实现).
synchronized 使用时不需要手动释放锁. ReentrantLock 使用时需要手动释放. 使用起来更灵活, 但是也容易遗漏 unlock.
synchronized 在申请锁失败时, 会死等. ReentrantLock 可以通过 trylock 的方式等待一段时间就放弃.
synchronized 是非公平锁, ReentrantLock 默认是非公平锁. 可以通过构造方法传入一个 true 开启公平锁模式.
更强大的唤醒机制. synchronized 是通过 Object 的 wait / notify 实现等待-唤醒. 每次唤醒的是一个随机等待的线程. ReentrantLock 搭配 Condition 类实现等待-唤醒, 可以更精确控制唤醒某个指定的线程.

16.JUC包下的工具类知道那些？

信号量 Semaphore

信号量, 用来表示 "可用资源的个数". 本质上就是一个计数器.

理解信号量

可以把信号量想象成是停车场的展示牌: 当前有车位 100 个. 表示有 100 个可用资源.

当有车开进去的时候, 就相当于申请一个可用资源, 可用车位就 -1 (这个称为信号量的 P 操作)

当有车开出来的时候, 就相当于释放一个可用资源, 可用车位就 +1 (这个称为信号量的 V 操作)

如果计数器的值已经为 0 了, 还尝试申请资源, 就会阻塞等待, 直到有其他线程释放资源.

Semaphore 的 PV 操作中的加减计数器操作都是原子的, 可以在多线程环境下直接使用.

代码示例

创建 Semaphore 示例, 初始化为 4, 表示有 4 个可用资源.
acquire 方法表示申请资源(P操作), release 方法表示释放资源(V操作)
创建 20 个线程, 每个线程都尝试申请资源, sleep 1秒之后, 释放资源. 观察程序的执行效果.

Semaphore semaphore = new Semaphore(4);
Runnable runnable = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        try {
            System.out.println("申请资源");
            semaphore.acquire();
            System.out.println("我获取到资源了");
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("我释放资源了");
            semaphore.release();
       } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
       }
   }
};
for (int i = 0; i < 20; i++) {
    Thread t = new Thread(runnable);
    t.start();
}

CountDownLatch

同时等待 N 个任务执行结束.

好像跑步比赛，10个选手依次就位，哨声响才同时出发；所有选手都通过终点，才能公布成绩。

构造 CountDownLatch 实例, 初始化 10 表示有 10 个任务需要完成.
每个任务执行完毕, 都调用 latch.countDown() . 在 CountDownLatch 内部的计数器同时自减.
主线程中使用 latch.await(); 阻塞等待所有任务执行完毕. 相当于计数器为 0 了.

public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10);
        Runnable r = new Runable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(Math.random() * 10000);
                    latch.countDown();
               } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
               }
           }
       };
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(r).start();
       }
   // 必须等到 10 人全部回来
        latch.await();
        System.out.println("比赛结束");
    }
}

17.线程安全集合类都有哪些？

Java 标准库中很多都是线程不安全的. 这些类可能会涉及到多线程修改共享数据, 又没有任何加锁措施.

ArrayList
LinkedList
HashMap
TreeMap
HashSet
TreeSet
StringBuilder

但是还有一些是线程安全的. 使用了一些锁机制来控制.

Vector (不推荐使用)
HashTable (不推荐使用)
ConcurrentHashMap
StringBuffer

还有的虽然没有加锁, 但是不涉及 "修改", 仍然是线程安全的

String

线程安全集合类可以分为三大类：

① 遗留的安全集合如Hashtable，Vector。
② 使用Collections装饰的线程安全类如Collections.synchronizedList、Collections.synchronizedMap等。
③ JUC包下的线程安全集合如Blocking类、CopyOnWrite类、Concurrent类等。

①是直接在方法上加上了synchronized锁，②是方法内部加上了synchronized锁。