15个Java线程并发面试题和答案

针对“15个Java线程并发面试题和答案”的完整攻略，我会从以下几点进行讲解：

1. 概述Java并发编程的基础知识；
2. 解答15个与Java并发编程相关的面试题；
3. 提供示例代码或实际场景说明。

1. Java并发编程基础知识

Java并发编程，是指在多个线程同时执行的情况下，协调这些线程之间的工作，保证并发的安全性与正确性。Java提供了多种并发编程的工具和方法，如线程、锁、原子类、线程池等，我们需要对这些基础知识有一定的掌握。

2. 解答15个与Java并发编程相关的面试题

以下是15个常见的Java并发编程面试题及答案，我们一一解答。

2.1 线程和进程的区别是什么？

进程是指执行中的程序，是操作系统资源分配的最小单位；线程是指进程内的执行单元，是CPU调度的最小单位。同一进程内的线程共享资源，线程之间的切换开销比进程小。

2.2 如何创建线程？

Java中创建线程的方式一般有三种，分别是继承Thread类、实现Runnable接口、使用Callable和Future接口创建有返回值的线程。

2.3 介绍一下synchronized和volatile关键字。

synchronized是java中的一种同步机制，它能够保证多个线程访问共享资源的互斥性和可见性；volatile关键字一般用于修饰变量，用来保证多个线程访问变量时的可见性和禁止指令重排序。

2.4 sleep()和wait()有什么区别？

sleep()方法是Thread类的静态方法，用来暂停当前线程一段时间；wait()方法是Object类的方法，使当前线程暂停并释放锁，直到其他线程调用notify()或notifyAll()方法将它唤醒。

2.5 join()方法的作用是什么？

join()方法是Thread类的方法，用来等待线程执行完毕。在一个线程执行了其他线程的join()方法后，它会阻塞，直到被等待的线程执行完毕。

2.6 什么是线程安全？

线程安全是指在多线程环境下，对共享资源的访问不会引发数据不一致或不正确的情况。

2.7 什么是死锁？

死锁是指多个线程都在等待其它线程释放锁而被阻塞的状态，由于都在等待对方释放锁导致程序无法继续执行。

2.8 如何避免死锁？

避免死锁的方法一般有四种：避免使用多个锁；按固定的顺序加锁；使用tryLock()方法避免线程长时间阻塞；使用定时锁等待。

2.9 什么是线程池？

线程池是一种管理线程的机制，它会预先创建一定数量的线程，放到一个线程池中等待调用。当需要执行任务时，会从线程池中提取一个线程来处理，这样可以减少线程创建和销毁的开销。

2.10 synchronized关键字在高并发下有什么问题？

synchronized关键字的同步锁，在高并发下会导致线程阻塞，降低程序性能。针对这种情况通常可以使用可重入锁或无锁编程等方式。

2.11 ReentrantLock相对于synchronized有哪些优势？

ReentrantLock相较于synchronized有更多的可操作性，如可中断、可定时、可公平、可多条件等。

2.12 什么是CAS操作？

CAS操作，即Compare and Set，是一种乐观锁的实现方式，通过无锁机制实现对共享资源的同步访问。当多个线程同时访问同一共享资源时，CAS操作首先读取共享资源的值，然后比较期望值和当前值是否一致，如果一致则修改并写入，否则重新读取并重复操作。

2.13 什么是AQS？

AQS，全称AbstractQueuedSynchronizer，是Java并发编程中一个基础性的类，通过一个FIFO队列来管理线程的访问，可以实现锁和同步器框架。

2.14 ThreadLocal的作用是什么？

ThreadLocal是Java中的一个线程级别的变量，它的作用是保证每个线程中都有一份独立的变量副本，避免线程间相互干扰。

2.15 如何优化Java中的并发性能？

优化Java中的并发性能需要考虑多方面因素，包括但不限于减少锁竞争、合理使用线程池、利用无锁编程、使用更高效的同步机制等。

3. 示例说明

针对以上面试题，我们可以通过实际场景来加深理解，比如对于线程安全的理解，可以举一个银行搞存取款的场景：

class BankAccount {
    private int balance;

    public BankAccount(int balance) {
        this.balance = balance;
    }

    // 存款
    public void deposit(int amount) {
        balance += amount;
    }

    // 取款
    public void withdraw(int amount) {
        if (balance - amount >= 0) {
            balance -= amount;
        } else {
            System.out.println("余额不足，取款失败");
        }
    }

    public int getBalance() {
        return balance;
    }
}

上述代码中，如果多个线程同时操作存款和取款，就有可能发生线程安全问题。可以在deposit()和withdraw()方法上使用synchronized关键字来确保线程安全：

class BankAccount {
    private int balance;

    public BankAccount(int balance) {
        this.balance = balance;
    }

    // 存款
    public synchronized void deposit(int amount) {
        balance += amount;
    }

    // 取款
    public synchronized void withdraw(int amount) {
        if (balance - amount >= 0) {
            balance -= amount;
        } else {
            System.out.println("余额不足，取款失败");
        }
    }

    public int getBalance() {
        return balance;
    }
}

此时，多个线程同时进行存取款操作时，会互斥地拿到锁，保证了线程安全性。

另外，针对线程池的理解，可以举一个大量读取文件的场景：

class FileTask implements Runnable {
    private String fileName;

    public FileTask(String fileName) {
        this.fileName = fileName;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始读取文件" + fileName);
        File file = new File(fileName);
        try {
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(file));
            String line;
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                // TODO: 进行逻辑操作
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取文件" + fileName + "完成");
    }
}

public class ThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);//创建10个线程的线程池
        List<String> fileList = Arrays.asList("file1.txt", "file2.txt", "file3.txt", "file4.txt", "file5.txt");
        for (String fileName : fileList) {
            threadPool.execute(new FileTask(fileName));//提交任务
        }
        threadPool.shutdown();//关闭线程池
    }
}

上述代码中，使用线程池优化了大量的文件读取任务，保证了程序的并发性和高效性。