最强Java并发编程详解：知识点梳理，BAT面试题等

知识体系系统性梳理

Java 并发之基础

• Java 并发 - 知识体系
• Java 并发 - 理论基础
  • 多线程的出现是要解决什么问题的？
  • 线程不安全是指什么？举例说明
  • 并发出现线程不安全的本质什么？可见性，原子性和有序性。
  • Java是怎么解决并发问题的？3个关键字，JMM和8个Happens-Before
  • 线程安全是不是非真即假？不是
  • 线程安全有哪些实现思路？
  • 如何理解并发和并行的区别？
• Java 并发 - 线程基础
  • 线程有哪几种状态？分别说明从一种状态到另一种状态转变有哪些方式？
  • 通常线程有哪几种使用方式？
  • 基础线程机制有哪些？
  • 线程的中断方式有哪些？
  • 线程的互斥同步方式有哪些？如何比较和选择？
  • 线程之间有哪些协作方式？

并发关键字：volatile，final，synchronized

• 关键字: synchronized详解
  • Synchronized可以作用在哪里？分别通过对象锁和类锁进行举例。
  • Synchronized本质上是通过什么保证线程安全的？分三个方面回答：加锁和释放锁的原理，可重入原理，保证可见性原理。
  • Synchronized由什么样的缺陷？ Java Lock是怎么弥补这些缺陷的。
  • Synchronized和Lock的对比，和选择？
  • Synchronized在使用时有何注意事项？
  • Synchronized修饰的方法在抛出异常时,会释放锁吗？
  • 多个线程等待同一个snchronized锁的时候，JVM如何选择下一个获取锁的线程？
  • Synchronized使得同时只有一个线程可以执行，性能比较差，有什么提升的方法？
  • 我想更加灵活地控制锁的释放和获取(现在释放锁和获取锁的时机都被规定死了)，怎么办？
  • 什么是锁的升级和降级？什么是JVM里的偏斜锁、轻量级锁、重量级锁？
  • 不同的JDK中对Synchronized有何优化？
• 关键字: volatile详解
  • volatile关键字的作用是什么？
  • volatile能保证原子性吗？
  • 之前32位机器上共享的long和double变量的为什么要用volatile？现在64位机器上是否也要设置呢？
  • i++为什么不能保证原子性？
  • volatile是如何实现可见性的？ 内存屏障。
  • volatile是如何实现有序性的？ happens-before等
  • 说下volatile的应用场景？
• 关键字: final详解
  • 所有的final修饰的字段都是编译期常量吗？
  • 如何理解private所修饰的方法是隐式的final？
  • 说说final类型的类如何拓展？比如String是final类型，我们想写个MyString复用所有String中方法，同时增加一个新的toMyString()的方法，应该如何做？
  • final方法可以被重载吗？可以
  • 父类的final方法能不能够被子类重写？不可以
  • 说说final域重排序规则？
  • 说说final的原理？
  • 使用 final 的限制条件和局限性？
  • 看本文最后的一个思考题

J.U.C框架

Lock框架和Tools类

类结构总览

接口: Condition

在JUC锁: AbstractQueuedSynchonizer详解中类的内部类-conditionobject类有具体分析。

接口: Lock

接口: ReadWriteLock

抽象类: AbstractOwnableSynchonizer

抽象类(long): AbstractQueuedLongSynchronizer

核心抽象类(int): AbstractQueuedSynchonizer

详细分析请看: JUC锁: AbstractQueuedSynchonizer详解

锁常用类: LockSupport

详细分析请看: JUC锁: LockSupport详解

锁常用类: ReentrantLock

详细分析请看: JUC锁: ReentrantLock详解

锁常用类: ReentrantReadWriteLock

详细分析请看: JUC工具类: ReentrantReadWriteLock详解

锁常用类: StampedLock

详细分析请看: Java 8 - StampedLock详解

工具常用类: CountDownLatch

详细分析请看: JUC工具类: CountDownLatch详解

工具常用类: CyclicBarrier

详细分析请看: JUC工具类: CyclicBarrier详解

工具常用类: Phaser

详细分析请看: JUC工具类: Phaser详解

工具常用类: Semaphore

详细分析请看: JUC工具类: Semaphore详解

工具常用类: Exchanger

详细分析请看: JUC工具类: Exchanger详解

Collections: 并发集合

类结构关系

Queue: ArrayBlockingQueue

详细分析请看: JUC并发集合: BlockingQueue详解

Queue: LinkedBlockingQueue

详细分析请看: JUC并发集合: BlockingQueue详解

Queue: LinkedBlockingDeque

详细分析请看: JUC并发集合: BlockingQueue详解

Queue: ConcurrentLinkedQueue

详细分析请看: JUC并发集合: ConcurrentLinkedQueue详解

Queue: ConcurrentLinkedDeque

Queue: DelayQueue

Queue: PriorityBlockingQueue

Queue: SynchronousQueue

Queue: LinkedTransferQueue

List: CopyOnWriteArrayList

详细分析请看: JUC并发集合: CopyOnWriteArrayList详解

Set: CopyOnWriteArraySet

Set: ConcurrentSkipListSet

Map: ConcurrentHashMap

详细分析请看: JUC并发集合: ConcurrentHashMap详解, 包含了对JDK 7和JDK 8版本的源码分析。

Map: ConcurrentSkipListMap

Atomic: 原子类

其基本的特性就是在多线程环境下，当有多个线程同时执行这些类的实例包含的方法时，具有排他性，即当某个线程进入方法，执行其中的指令时，不会被其他线程打断，而别的线程就像自旋锁一样，一直等到该方法执行完成，才由JVM从等待队列中选择一个另一个线程进入，这只是一种逻辑上的理解。实际上是借助硬件的相关指令来实现的，不会阻塞线程(或者说只是在硬件级别上阻塞了)。

对CAS，Unsafe类，以及13个原子类详解请参考：详细分析请看: JUC原子类: CAS, Unsafe和原子类详解

基础类型：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong

数组：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，BooleanArray

引用：AtomicReference，AtomicMarkedReference，AtomicStampedReference

FieldUpdater：AtomicLongFieldUpdater，AtomicIntegerFieldUpdater，AtomicReferenceFieldUpdater

Executors: 线程池

类结构关系

接口: Executor

ExecutorService

ScheduledExecutorService

AbstractExecutorService

FutureTask

详细分析请看: JUC线程池: FutureTask详解

核心: ThreadPoolExecutor

详细分析请看: JUC线程池: ThreadPoolExecutor详解

核心: ScheduledThreadExecutor

详细分析请看: JUC线程池: ScheduledThreadExecutor详解

核心: Fork/Join框架

详细分析请看: JUC线程池: Fork/Join框架详解

工具类: Executors

J.U.C框架重点面试题详解

• JUC - 类汇总和学习指南
  • JUC框架包含几个部分？
  • 每个部分有哪些核心的类？
  • 最最核心的类有哪些？

J.U.C框架【1/5】：CAS及原子类

• JUC原子类: CAS, Unsafe和原子类详解
  • 线程安全的实现方法有哪些？
  • 什么是CAS？
  • CAS使用示例，结合AtomicInteger给出示例？
  • CAS会有哪些问题？
  • 针对这这些问题，Java提供了哪几个解决的？
  • AtomicInteger底层实现？CAS+volatile
  • 请阐述你对Unsafe类的理解？
  • 说说你对Java原子类的理解？包含13个，4组分类，说说作用和使用场景。
  • AtomicStampedReference是什么？
  • AtomicStampedReference是怎么解决ABA的？内部使用Pair来存储元素值及其版本号
  • java中还有哪些类可以解决ABA的问题？AtomicMarkableReference

J.U.C框架【2/5】：锁

• JUC锁: LockSupport详解
  • 为什么LockSupport也是核心基础类？AQS框架借助于两个类：Unsafe(提供CAS操作)和LockSupport(提供park/unpark操作)
  • 写出分别通过wait/notify和LockSupport的park/unpark实现同步？
  • LockSupport.park()会释放锁资源吗？那么Condition.await()呢？
  • Thread.sleep()、Object.wait()、Condition.await()、LockSupport.park()的区别？重点
  • 如果在wait()之前执行了notify()会怎样？
  • 如果在park()之前执行了unpark()会怎样？
• JUC锁: 锁核心类AQS详解
  • 什么是AQS？为什么它是核心?
  • AQS的核心思想是什么？它是怎么实现的？底层数据结构等
  • AQS有哪些核心的方法？
  • AQS定义什么样的资源获取方式？AQS定义了两种资源获取方式：独占(只有一个线程能访问执行，又根据是否按队列的顺序分为公平锁和非公平锁，如ReentrantLock) 和共享(多个线程可同时访问执行，如Semaphore、CountDownLatch、 CyclicBarrier )。ReentrantReadWriteLock可以看成是组合式，允许多个线程同时对某一资源进行读。
  • AQS底层使用了什么样的设计模式？模板
  • AQS的应用示例？
• JUC锁: ReentrantLock详解
  • 什么是可重入，什么是可重入锁？它用来解决什么问题？
  • ReentrantLock的核心是AQS，那么它怎么来实现的，继承吗？说说其类内部结构关系。
  • ReentrantLock是如何实现公平锁的？
  • ReentrantLock是如何实现非公平锁的？
  • ReentrantLock默认实现的是公平还是非公平锁？
  • 使用ReentrantLock实现公平和非公平锁的示例？
  • ReentrantLock和Synchronized的对比？
• JUC锁: ReentrantReadWriteLock详解
  • 为了有了ReentrantLock还需要ReentrantReadWriteLock？
  • ReentrantReadWriteLock底层实现原理？
  • ReentrantReadWriteLock底层读写状态如何设计的？高16位为读锁，低16位为写锁
  • 读锁和写锁的最大数量是多少？
  • 本地线程计数器ThreadLocalHoldCounter是用来做什么的？
  • 缓存计数器HoldCounter是用来做什么的？
  • 写锁的获取与释放是怎么实现的？
  • 读锁的获取与释放是怎么实现的？
  • RentrantReadWriteLock为什么不支持锁升级？
  • 什么是锁的升降级？RentrantReadWriteLock为什么不支持锁升级？

J.U.C框架【3/5】：集合

• JUC集合: ConcurrentHashMap详解
  • 为什么HashTable慢? 它的并发度是什么？那么ConcurrentHashMap并发度是什么？
  • ConcurrentHashMap在JDK1.7和JDK1.8中实现有什么差别？JDK1.8解決了JDK1.7中什么问题
  • ConcurrentHashMap JDK1.7实现的原理是什么？分段锁机制
  • ConcurrentHashMap JDK1.8实现的原理是什么？数组+链表+红黑树，CAS
  • ConcurrentHashMap JDK1.7中Segment数(concurrencyLevel)默认值是多少？为何一旦初始化就不可再扩容？
  • ConcurrentHashMap JDK1.7说说其put的机制？
  • ConcurrentHashMap JDK1.7是如何扩容的？rehash(注：segment 数组不能扩容，扩容是 segment 数组某个位置内部的数组 HashEntry<K,V>[] 进行扩容)
  • ConcurrentHashMap JDK1.8是如何扩容的？tryPresize
  • ConcurrentHashMap JDK1.8链表转红黑树的时机是什么？临界值为什么是8？
  • ConcurrentHashMap JDK1.8是如何进行数据迁移的？transfer
• JUC集合: CopyOnWriteArrayList详解
  • 请先说说非并发集合中Fail-fast机制？
  • 再为什么说ArrayList查询快而增删慢？
  • 对比ArrayList说说CopyOnWriteArrayList的增删改查实现原理? COW基于拷贝
  • 再说下弱一致性的迭代器原理是怎么样的？COWIterator<E>
  • CopyOnWriteArrayList为什么并发安全且性能比Vector好？
  • CopyOnWriteArrayList有何缺陷，说说其应用场景？
• JUC集合: ConcurrentLinkedQueue详解
  • 要想用线程安全的队列有哪些选择？Vector，Collections.synchronizedList( List<T> list), ConcurrentLinkedQueue等
  • ConcurrentLinkedQueue实现的数据结构？
  • ConcurrentLinkedQueue底层原理？ 全程无锁(CAS)
  • ConcurrentLinkedQueue的核心方法有哪些？offer()，poll()，peek()，isEmpty()等队列常用方法
  • 说说ConcurrentLinkedQueue的HOPS(延迟更新的策略)的设计？
  • ConcurrentLinkedQueue适合什么样的使用场景？
• JUC集合: BlockingQueue详解
  • 什么是BlockingDeque？
  • BlockingQueue大家族有哪些？ArrayBlockingQueue, DelayQueue, LinkedBlockingQueue, SynchronousQueue...
  • BlockingQueue适合用在什么样的场景？
  • BlockingQueue常用的方法？
  • BlockingQueue插入方法有哪些？这些方法(add(o),offer(o),put(o),offer(o, timeout, timeunit))的区别是什么？
  • BlockingDeque 与BlockingQueue有何关系，请对比下它们的方法？
  • BlockingDeque适合用在什么样的场景？
  • BlockingDeque大家族有哪些？
  • BlockingDeque 与BlockingQueue实现例子？

J.U.C框架【4/5】：线程池

• JUC线程池: FutureTask详解
  • FutureTask用来解决什么问题的？为什么会出现？
  • FutureTask类结构关系怎么样的？
  • FutureTask的线程安全是由什么保证的？
  • FutureTask结果返回机制？
  • FutureTask内部运行状态的转变？
  • FutureTask通常会怎么用？举例说明。
• JUC线程池: ThreadPoolExecutor详解
  • 为什么要有线程池？
  • Java是实现和管理线程池有哪些方式？ 请简单举例如何使用。
  • 为什么很多公司不允许使用Executors去创建线程池？那么推荐怎么使用呢？
  • ThreadPoolExecutor有哪些核心的配置参数？请简要说明
  • ThreadPoolExecutor可以创建哪是哪三种线程池呢？
  • 当队列满了并且worker的数量达到maxSize的时候，会怎么样？
  • 说说ThreadPoolExecutor有哪些RejectedExecutionHandler策略？默认是什么策略？
  • 简要说下线程池的任务执行机制？execute –> addWorker –>runworker (getTask)
  • 线程池中任务是如何提交的？
  • 线程池中任务是如何关闭的？
  • 在配置线程池的时候需要考虑哪些配置因素？
  • 如何监控线程池的状态？
• JUC线程池: ScheduledThreadPool详解
  • ScheduledThreadPoolExecutor要解决什么样的问题？
  • ScheduledThreadPoolExecutor相比ThreadPoolExecutor有哪些特性？
  • ScheduledThreadPoolExecutor有什么样的数据结构，核心内部类和抽象类？
  • ScheduledThreadPoolExecutor有哪两个关闭策略？区别是什么？
  • ScheduledThreadPoolExecutor中scheduleAtFixedRate 和 scheduleWithFixedDelay区别是什么？
  • 为什么ThreadPoolExecutor 的调整策略却不适用于 ScheduledThreadPoolExecutor？
  • Executors 提供了几种方法来构造 ScheduledThreadPoolExecutor？
• JUC线程池: Fork/Join框架详解
  • Fork/Join主要用来解决什么样的问题？
  • Fork/Join框架是在哪个JDK版本中引入的？
  • Fork/Join框架主要包含哪三个模块？模块之间的关系是怎么样的？
  • ForkJoinPool类继承关系？
  • ForkJoinTask抽象类继承关系？在实际运用中，我们一般都会继承 RecursiveTask 、RecursiveAction 或 CountedCompleter 来实现我们的业务需求，而不会直接继承 ForkJoinTask 类。
  • 整个Fork/Join 框架的执行流程/运行机制是怎么样的？
  • 具体阐述Fork/Join的分治思想和work-stealing 实现方式？
  • 有哪些JDK源码中使用了Fork/Join思想？
  • 如何使用Executors工具类创建ForkJoinPool?
  • 写一个例子: 用ForkJoin方式实现1+2+3+...+100000?
  • Fork/Join在使用时有哪些注意事项？结合JDK中的斐波那契数列实例具体说明。

J.U.C框架【5/5】：工具类

• JUC工具类: CountDownLatch详解
  • 什么是CountDownLatch？
  • CountDownLatch底层实现原理？
  • CountDownLatch一次可以唤醒几个任务？多个
  • CountDownLatch有哪些主要方法？await(),countDown()
  • CountDownLatch适用于什么场景？
  • 写道题：实现一个容器，提供两个方法，add，size 写两个线程，线程1添加10个元素到容器中，线程2实现监控元素的个数，当个数到5个时，线程2给出提示并结束? 使用CountDownLatch 代替wait notify 好处。
• JUC工具类: CyclicBarrier详解
  • 什么是CyclicBarrier？
  • CyclicBarrier底层实现原理？
  • CountDownLatch和CyclicBarrier对比？
  • CyclicBarrier的核心函数有哪些？
  • CyclicBarrier适用于什么场景？
• JUC工具类: Semaphore详解
  • 什么是Semaphore？
  • Semaphore内部原理？
  • Semaphore常用方法有哪些？如何实现线程同步和互斥的？
  • Semaphore适合用在什么场景？
  • 单独使用Semaphore是不会使用到AQS的条件队列？
  • Semaphore中申请令牌(acquire)、释放令牌(release)的实现？
  • Semaphore初始化有10个令牌，11个线程同时各调用1次acquire方法，会发生什么？
  • Semaphore初始化有10个令牌，一个线程重复调用11次acquire方法，会发生什么？
  • Semaphore初始化有1个令牌，1个线程调用一次acquire方法，然后调用两次release方法，之后另外一个线程调用acquire(2)方法，此线程能够获取到足够的令牌并继续运行吗？
  • Semaphore初始化有2个令牌，一个线程调用1次release方法，然后一次性获取3个令牌，会获取到吗？
• JUC工具类: Phaser详解
  • Phaser主要用来解决什么问题？
  • Phaser与CyclicBarrier和CountDownLatch的区别是什么？
  • 如果用CountDownLatch来实现Phaser的功能应该怎么实现？
  • Phaser运行机制是什么样的？
  • 给一个Phaser使用的示例？
• JUC工具类: Exchanger详解
  • Exchanger主要解决什么问题？
  • 对比SynchronousQueue，为什么说Exchanger可被视为 SynchronousQueue 的双向形式？
  • Exchanger在不同的JDK版本中实现有什么差别？
  • Exchanger实现机制？
  • Exchanger已经有了slot单节点，为什么会加入arena node数组？什么时候会用到数组？
  • arena可以确保不同的slot在arena中是不会相冲突的，那么是怎么保证的呢？
  • 什么是伪共享，Exchanger中如何体现的？
  • Exchanger实现举例
• Java 并发 - ThreadLocal详解
  • 什么是ThreadLocal？用来解决什么问题的？
  • 说说你对ThreadLocal的理解
  • ThreadLocal是如何实现线程隔离的？
  • 为什么ThreadLocal会造成内存泄露？如何解决
  • 还有哪些使用ThreadLocal的应用场景？

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