Java基礎(chǔ)面試題詳解2(拒絕死記硬背八股文)
一、IO和多線程專題
1.介紹下進程和線程的關(guān)系
進程：一個獨立的正在執(zhí)行的程序
線程：一個進程的最基本的執(zhí)行單位，執(zhí)行路徑
多進程：在操作系統(tǒng)中，同時運行多個程序
多進程的好處：可以充分利用CPU，提高CPU的使用率
多線程：在同一個進程(應(yīng)用程序)中同時執(zhí)行多個線程
多線程的好處：提高進程的執(zhí)行使用率，提高了CPU的使用率
注意：
在同一個時間點一個CPU中只可能有一個線程在執(zhí)行
多線程不能提高效率、反而會降低效率，但是可以提高CPU的使用率
一個進程如果有多條執(zhí)行路徑，則稱為多線程程序
Java虛擬機的啟動至少開啟了兩條線程，主線程和垃圾回收線程
一個線程可以理解為進程的子任務(wù)
2.說說Java中實現(xiàn)多線程的幾種方法
Thread對象就是一個線程
創(chuàng)建線程的常用三種方式：
繼承Thread類
實現(xiàn)Runnable接口
實現(xiàn)Callable接口（JDK1.5>=）
線程池方式創(chuàng)建
??通過繼承Thread類或者實現(xiàn)Runnable接口、Callable接口都可以實現(xiàn)多線程，不過實現(xiàn)Runnable接口與實現(xiàn)Callable接口的方式基本相同，只是Callable接口里定義的方法返回值，可以聲明拋出異常而已。因此將實現(xiàn)Runnable接口和實現(xiàn)Callable接口歸為一種方式。這種方式與繼承Thread方式之間的主要差別如下。
繼承Thread類
實現(xiàn)的步驟：
創(chuàng)建Thread類的子類
重寫run方法
創(chuàng)建線程對象
啟動線程
案例代碼
注意點：
啟動線程是使用start方法而不是run方法
線程不能啟動多次，如果要創(chuàng)建多個線程，那么就需要創(chuàng)建多個Thread對象
實現(xiàn)Runnable接口
??在第一種實現(xiàn)方式中，我們是將線程的創(chuàng)建和線程執(zhí)行的業(yè)務(wù)都封裝在了Thread對象中，我們可以通過Runable接口來實現(xiàn)線程程序代碼和數(shù)據(jù)有效的分離。
實現(xiàn)的步驟：
創(chuàng)建Runable的實現(xiàn)類
重寫run方法
創(chuàng)建Runable實例對象(通過實現(xiàn)類來實現(xiàn))
創(chuàng)建Thread對象，并把第三部的Runable實現(xiàn)作為Thread構(gòu)造方法的參數(shù)
啟動線程
實現(xiàn)Runable接口的好處：
1. 可以避免Java單繼承帶來的局限性
2. 適合多個相同的程序代碼處理同一個資源的情況，把線程同程序的代碼和數(shù)據(jù)有效的分離，較好的體現(xiàn)了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想
Callable的方式
  前面我們介紹的兩種創(chuàng)建線程的方式都是重寫run方法，而且run方法是沒有返回結(jié)果的，也就是main方法是不知道開啟的線程什么時候開始執(zhí)行，什么時候結(jié)束執(zhí)行，也獲取不到對應(yīng)的返回結(jié)果。而且run方法也不能把可能產(chǎn)生的異常拋出。在JDK1.5之后推出了通過實現(xiàn)Callable接口的方式來創(chuàng)建新的線程，這種方式可以獲取對應(yīng)的返回結(jié)果
實現(xiàn)Runnable接口和實現(xiàn)Callable接口的區(qū)別:
Runnable是自從java1.1就有了，而Callable是1.5之后才加上去的
Callable規(guī)定的方法是call(),Runnable規(guī)定的方法是run()
Callable的任務(wù)執(zhí)行后可返回值，而Runnable的任務(wù)是不能返回值(是void)
call方法可以拋出異常，run方法不可以
運行Callable任務(wù)可以拿到一個Future對象，表示異步計算的結(jié)果。它提供了檢查計算是否完成的方法，以等待計算的完成，并檢索計算的結(jié)果。通過Future對象可以了解任務(wù)執(zhí)行情況，可取消任務(wù)的執(zhí)行，還可獲取執(zhí)行結(jié)果。
加入線程池運行，Runnable使用ExecutorService的execute方法，Callable使用submit方法。
其實Callable接口底層的實現(xiàn)就是對Runable接口實現(xiàn)的封裝，線程啟動執(zhí)行的也是Runable接口實現(xiàn)中的run方法，只是在run方法中有調(diào)用call方法罷了
3.如何停止一個正在運行的線程
設(shè)置標志位：如果線程的run方法中執(zhí)行的是一個重復(fù)執(zhí)行的循環(huán)，可以提供一個標記來控制循環(huán)是否繼續(xù)
利用中斷標志位： 在線程中有個中斷的標志位，默認是false，當我們顯示的調(diào)用 interrupted方法或者isInterrupted方法是會修改標志位為true。我們可以利用此來中斷運行的線程。
利用InterruptedException： 如果線程因為執(zhí)行join(),sleep()或者wait()而進入阻塞狀態(tài)，此時要想停止它，可以讓他調(diào)用interrupt(),程序會拋出InterruptedException異常。我們利用這個異?？梢詠斫K止線程。
4.介紹下線程中的常用方法
1.start方法
start方法是我們開啟一個新的線程的方法，但是并不是直接開啟，而是告訴CPU我已經(jīng)準備好了，快點運行我，這是啟動一個線程的唯一入口。
2.run方法
線程的線程體，當一個線程開始運行后，執(zhí)行的就是run方法里面的代碼，我們不能直接通過線程對象來調(diào)用run方法。因為這并沒有產(chǎn)生一個新的線程。僅僅只是一個普通對象的方法調(diào)用。
3.getName方法
4.優(yōu)先級
我們創(chuàng)建的多個線程的執(zhí)行順序是由CPU決定的。Java中提供了一個線程調(diào)度器來監(jiān)控程序中啟動后進入就緒狀態(tài)的所有的線程，優(yōu)先級高的線程會獲取到比較多
大家會發(fā)現(xiàn)，設(shè)置了優(yōu)先級后輸出的結(jié)果和我們預(yù)期的并不一樣，這是為什么呢？優(yōu)先級在CPU調(diào)動線程執(zhí)行的時候會是一個參考因數(shù)，但不是決定因數(shù)，
5.sleep方法
將當前線程暫定指定的時間，
6.isAlive
輸出結(jié)果
7.join
調(diào)用某線程的該方法，將當前線程和該線程合并，即等待該線程結(jié)束，在恢復(fù)當前線程的運行
輸出結(jié)果：
8.yield
9.wait和notify/notifyAll
阻塞和喚醒的方法，是Object中的方法，我們在數(shù)據(jù)同步的時候會介紹到
5.介紹下線程的生命周期
生命周期：對象從創(chuàng)建到銷毀的全過程
線程的生命周期：線程對象(Thread)從開始到銷毀的全過程
線程的狀態(tài)：
創(chuàng)建 ?Thread對象
就緒狀態(tài) ?執(zhí)行start方法后線程進入可運行的狀態(tài)
運行狀態(tài) CPU運行
阻塞狀態(tài) ?運行過程中被中斷(等待阻塞，對象鎖阻塞，其他阻塞)
終止狀態(tài) ?線程執(zhí)行完成
6.為什么wait, notify和notifyAll這些方法不在thread類里面？
??明顯的原因是JAVA提供的鎖是對象級的而不是線程級的，每個對象都有鎖，通過線程獲得。如果線程需要等待某些鎖那么調(diào)用對象中的wait()方法就有意義了。如果wait()方法定義在Thread類中，線程正在等待的是哪個鎖就不明顯了。簡單的說，由于wait，notify和notifyAll都是鎖級別的操作，所以把他們定義在Object類中因為鎖屬于對象。
7.為什么wait和notify方法要在同步塊中調(diào)用？
1.只有在調(diào)用線程擁有某個對象的獨占鎖時，才能夠調(diào)用該對象的wait(),notify()和notifyAll()方法。2.如果你不這么做，你的代碼會拋出IllegalMonitorStateException異常。3.還有一個原因是為了避免wait和notify之間產(chǎn)生競態(tài)條件。??wait()方法強制當前線程釋放對象鎖。這意味著在調(diào)用某對象的wait()方法之前，當前線程必須已經(jīng)獲得該對象的鎖。因此，線程必須在某個對象的同步方法或同步代碼塊中才能調(diào)用該對象的wait()方法。??在調(diào)用對象的notify()和notifyAll()方法之前，調(diào)用線程必須已經(jīng)得到該對象的鎖。因此，必須在某個對象的同步方法或同步代碼塊中才能調(diào)用該對象的notify()或notifyAll()方法。??調(diào)用wait()方法的原因通常是，調(diào)用線程希望某個特殊的狀態(tài)(或變量)被設(shè)置之后再繼續(xù)執(zhí)行。調(diào)用notify() 或notifyAll()方法的原因通常是，調(diào)用線程希望告訴其他等待中的線程:"特殊狀態(tài)已經(jīng)被設(shè)置"。這個狀態(tài)作為線程間通信的通道，它必須是一個可變的共享狀態(tài)(或變量)。
8.synchronized和ReentrantLock的區(qū)別
相似點：??這兩種同步方式有很多相似之處，它們都是加鎖方式同步，而且都是阻塞式的同步，也就是說當如果一個線程獲得了對象鎖，進入了同步塊，其他訪問該同步塊的線程都必須阻塞在同步塊外面等待，而進行線程阻塞和喚醒的代價是比較高的.區(qū)別：??這兩種方式最大區(qū)別就是對于Synchronized來說，它是java語言的關(guān)鍵字，是原生語法層面的互斥，需要jvm實現(xiàn)。而ReentrantLock它是JDK 1.5之后提供的API層面的互斥鎖，需要lock()和unlock()方法配合try/finally語句塊來完成。
??Synchronized進過編譯，會在同步塊的前后分別形成monitorenter和monitorexit這個兩個字節(jié)碼指令。在執(zhí)行monitorenter指令時，首先要嘗試獲取對象鎖。如果這個對象沒被鎖定，或者當前線程已經(jīng)擁有了那個對象鎖，把鎖的計算器加1，相應(yīng)的，在執(zhí)行monitorexit指令時會將鎖計算器就減1，當計算器為0時，鎖就被釋放了。如果獲取對象鎖失敗，那當前線程就要阻塞，直到對象鎖被另一個線程釋放為止。
由于ReentrantLock是java.util.concurrent包下提供的一套互斥鎖，相比Synchronized，ReentrantLock類提供了一些高級功能，主要有以下3項：
1.等待可中斷，持有鎖的線程長期不釋放的時候，正在等待的線程可以選擇放棄等待，這相當于Synchronized來說可以避免出現(xiàn)死鎖的情況。
2.公平鎖，多個線程等待同一個鎖時，必須按照申請鎖的時間順序獲得鎖，Synchronized鎖非公平鎖，ReentrantLock默認的構(gòu)造函數(shù)是創(chuàng)建的非公平鎖，可以通過參數(shù)true設(shè)為公平鎖，但公平鎖表現(xiàn)的性能不是很好。
3.鎖綁定多個條件，一個ReentrantLock對象可以同時綁定對個對象
9.什么是線程安全
??線程安全就是說多線程訪問同一段代碼，不會產(chǎn)生不確定的結(jié)果。??如果你的代碼在多線程下執(zhí)行和在單線程下執(zhí)行永遠都能獲得一樣的結(jié)果，那么你的代碼就是線程安全的。這個問題有值得一提的地方，就是線程安全也是有幾個級別的：（1）不可變??像String、Integer、Long這些，都是final類型的類，任何一個線程都改變不了它們的值，要改變除非新創(chuàng)建一個，因此這些不可變對象不需要任何同步手段就可以直接在多線程環(huán)境下使用（2）絕對線程安全??不管運行時環(huán)境如何，調(diào)用者都不需要額外的同步措施。要做到這一點通常需要付出許多額外的代價，Java中標注自己是線程安全的類，實際上絕大多數(shù)都不是線程安全的，不過絕對線程安全的類，Java中也有，比方說CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet（3）相對線程安全??相對線程安全也就是我們通常意義上所說的線程安全，像Vector這種，add、remove方法都是原子操作，不會被打斷，但也僅限于此，如果有個線程在遍歷某個Vector、有個線程同時在add這個Vector，99%的情況下都會出現(xiàn)ConcurrentModificationException，也就是fail-fast機制。（4）線程非安全??這個就沒什么好說的了，ArrayList、LinkedList、HashMap等都是線程非安全的類
10.Thread類中yield方法的作用
??yield方法可以暫停當前正在執(zhí)行的線程對象，讓其它有相同優(yōu)先級的線程執(zhí)行。它是一個靜態(tài)方法而且只保證當前線程放棄CPU占用而不能保證使其它線程一定能占用CPU，執(zhí)行yield()的線程有可能在進入到暫停狀態(tài)后馬上又被執(zhí)行。
11.常用的線程池有哪些
new SingleThreadExecutor：創(chuàng)建一個單線程的線程池，此線程池保證所有任務(wù)的執(zhí)行順序按照任務(wù)的提交順序執(zhí)行。new FixedThreadPool：創(chuàng)建固定大小的線程池，每次提交一個任務(wù)就創(chuàng)建一個線程，直到線程達到線程池的最大大小。new CachedThreadPool：創(chuàng)建一個可緩存的線程池，此線程池不會對線程池大小做限制，線程池大小完全依賴于操作系統(tǒng)（或者說JVM）能夠創(chuàng)建的最大線程大小。new ScheduledThreadPool：創(chuàng)建一個大小無限的線程池，此線程池支持定時以及周期性執(zhí)行任務(wù)的求。
12. 簡述一下你對線程池的理解
如果問到了這樣的問題，可以展開的說一下線程池如何用、線程池的好處、線程池的啟動策略合理利用線程池能夠帶來三個好處。第一：降低資源消耗。通過重復(fù)利用已創(chuàng)建的線程降低線程創(chuàng)建和銷毀造成的消耗。
第二：提高響應(yīng)速度。當任務(wù)到達時，任務(wù)可以不需要等到線程創(chuàng)建就能立即執(zhí)行。第三：提高線程的可管理性。線程是稀缺資源，如果無限制的創(chuàng)建，不僅會消耗系統(tǒng)資源，還會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使用線程池可以進行統(tǒng)一的分配，調(diào)優(yōu)和監(jiān)控。
參數(shù)含義：
線程池工作原理：
提交一個任務(wù)到線程池中，線程池的處理流程如下：
判斷線程池里的核心線程是否都在執(zhí)行任務(wù)，如果不是（核心線程空閑或者還有核心線程沒有被創(chuàng)建）則創(chuàng)建一個新的工作線程來執(zhí)行任務(wù)。如果核心線程都在執(zhí)行任務(wù)，則進入下個流程。
線程池判斷工作隊列是否已滿，如果工作隊列沒有滿，則將新提交的任務(wù)存儲在這個工作隊列里。如果工作隊列滿了，則進入下個流程。
判斷線程池里的線程是否都處于工作狀態(tài)，如果沒有，則創(chuàng)建一個新的工作線程來執(zhí)行任務(wù)。如果已經(jīng)滿了，則交給飽和策略來處理這個任務(wù)。
13.線程池的拒絕策略有哪些?
主要有4種拒絕策略：
AbortPolicy：直接丟棄任務(wù)，拋出異常，這是默認策略
CallerRunsPolicy：只用調(diào)用者所在的線程來處理任務(wù)
DiscardOldestPolicy：丟棄等待隊列中最舊的任務(wù)，并執(zhí)行當前任務(wù)
DiscardPolicy：直接丟棄任務(wù)，也不拋出異常
14.線程安全需要保證幾個基本特性?
原子性，簡單說就是相關(guān)操作不會中途被其他線程干擾，一般通過同步機制實現(xiàn)。可見性，是一個線程修改了某個共享變量，其狀態(tài)能夠立即被其他線程知曉，通常被解釋為將線程本地狀態(tài)反映到主內(nèi)存上，volatile就是負責保證可見性的。有序性，是保證線程內(nèi)串行語義，避免指令重排等。
15.說下線程間是如何通信的?
線程之間的通信有兩種方式：共享內(nèi)存和消息傳遞。
共享內(nèi)存??在共享內(nèi)存的并發(fā)模型里，線程之間共享程序的公共狀態(tài)，線程之間通過寫-讀內(nèi)存中的公共狀態(tài)來隱式進行通信。典型的共享內(nèi)存通信方式，就是通過共享對象進行通信。
例如線程A與線程B之間如果要通信的話，那么就必須經(jīng)歷下面兩個步驟：1.線程A把本地內(nèi)存A更新過得共享變量刷新到主內(nèi)存中去。2.線程B到主內(nèi)存中去讀取線程A之前更新過的共享變量。消息傳遞??在消息傳遞的并發(fā)模型里，線程之間沒有公共狀態(tài)，線程之間必須通過明確的發(fā)送消息來顯式進行通信。在Java中典型的消息傳遞方式，就是wait()和notify()，或者BlockingQueue
16.說說ThreadLocal的原理
??ThreadLocal可以理解為線程本地變量，他會在每個線程都創(chuàng)建一個副本，那么在線程之間訪問內(nèi)部副本變量就行了，做到了線程之間互相隔離，相比于synchronized的做法是用空間來換時間。
??ThreadLocal有一個靜態(tài)內(nèi)部類ThreadLocalMap，ThreadLocalMap又包含了一個Entry數(shù)組，Entry本身是一個弱引用，他的key是指向ThreadLocal的弱引用，Entry具備了保存key value鍵值對的能力。
??弱引用的目的是為了防止內(nèi)存泄露，如果是強引用那么ThreadLocal對象除非線程結(jié)束否則始終無法被回收，弱引用則會在下一次GC的時候被回收。
??但是這樣還是會存在內(nèi)存泄露的問題，假如key和ThreadLocal對象被回收之后，entry中就存在key為null，但是value有值的entry對象，但是永遠沒辦法被訪問到，同樣除非線程結(jié)束運行。
??但是只要ThreadLocal使用恰當，在使用完之后調(diào)用remove方法刪除Entry對象，實際上是不會出現(xiàn)這個問題的。
17.解釋下：同步、異步、阻塞、非阻塞
同步和異步指的是：當前線程是否需要等待方法調(diào)用執(zhí)行完畢。
阻塞和非阻塞指的是：當前接口數(shù)據(jù)還未準備就緒時，線程是否被阻塞掛起
同步&異步其實是處于框架這種高層次維度來看待的，而阻塞&非阻塞往往針對底層的系統(tǒng)調(diào)用方面來抉擇，也就是說兩者是從不同維度來考慮的。
這四個概念兩兩組合，會形成4個新的概念，如下：
同步阻塞：客戶端發(fā)送請求給服務(wù)端，此時服務(wù)端處理任務(wù)時間很久，則客戶端則被服務(wù)端堵塞了，所以客戶端會一直等待服務(wù)端的響應(yīng)，此時客戶端不能做其他任何事，服務(wù)端也不會接受其他客戶端的請求。這種通信機制比較簡單粗暴，但是效率不高。
同步非阻塞：客戶端發(fā)送請求給服務(wù)端，此時服務(wù)端處理任務(wù)時間很久，這個時候雖然客戶端會一直等待響應(yīng)，但是服務(wù)端可以處理其他的請求，過一會回來處理原先的。這種方式很高效，一個服務(wù)端可以處理很多請求，不會在因為任務(wù)沒有處理完而堵著，所以這是非阻塞的。
異步阻塞：客戶端發(fā)送請求給服務(wù)端，此時服務(wù)端處理任務(wù)時間很久，但是客戶端不會等待服務(wù)器響應(yīng)，它可以做其他的任務(wù)，等服務(wù)器處理完畢后再把結(jié)果響應(yīng)給客戶端，客戶端得到回調(diào)后再處理服務(wù)端的響應(yīng)。這種方式可以避免客戶端一直處于等待的狀態(tài)，優(yōu)化了用戶體驗，其實就是類似于網(wǎng)頁里發(fā)起的ajax異步請求。
異步非阻塞：客戶端發(fā)送請求給服務(wù)端，此時服務(wù)端處理任務(wù)時間很久，這個時候的任務(wù)雖然處理時間會很久，但是客戶端可以做其他的任務(wù)，因為他是異步的，可以在回調(diào)函數(shù)里處理響應(yīng)；同時服務(wù)端是非阻塞的，所以服務(wù)端可以去處理其他的任務(wù)，如此，這個模式就顯得非常的高效了。
18.什么是BIO?
BIO ： 同步并阻塞 ，服務(wù)器實現(xiàn)一個連接一個線程，即客戶端有連接請求時服務(wù)器端就需要啟動一個線程進行處理，沒處理完之前此線程不能做其他操作（如果是單線程的情況下，我傳輸?shù)奈募艽竽兀浚?，當然可以通過線程池機制改善。
BIO方式 適用于連接數(shù)目比較小且固定的架構(gòu) ，這種方式對服務(wù)器資源要求比較高，并發(fā)局限于應(yīng)用中JDK1.4以前的唯一選擇，但程序直觀簡單易理解。
19.什么是NIO？
NIO ： 同步非阻塞 ，服務(wù)器實現(xiàn)一個連接一個線程，即客戶端發(fā)送的連接請求都會注冊到多路復(fù)用器上，多復(fù)用器輪詢到連接有I/O請求時才啟動一個線程進行處理。
NIO方式 適用于連接數(shù)目多且連接比較短（輕操作）的架構(gòu) ，比如聊天服務(wù)器，并發(fā)局限于應(yīng)用中，編程比較復(fù)雜，JDK1.4之后開始支持。
20.什么是AIO？
AIO ： 異步非阻塞 ，服務(wù)器實現(xiàn)模式為一個有效請求一個線程，客戶端的I/O請求都是由操作系統(tǒng)先完成了再通知服務(wù)器應(yīng)用去啟動線程進行處理，AIO方式使用于連接數(shù)目多且連接比較長（重操作）的架構(gòu)，比如相冊服務(wù)器，充分調(diào)用操作系統(tǒng)參與并發(fā)操作，編程比較復(fù)雜，JDK1.7之后開始支持。
AIO屬于NIO包中的類實現(xiàn)，其實 IO主要分為BIO和NIO ，AIO只是附加品，解決IO不能異步的實現(xiàn)在以前很少有Linux系統(tǒng)支持AIO，Windows的IOCP就是該AIO模型。但是現(xiàn)在的服務(wù)器一般都是支持AIO操作
21.介紹下IO流的分類
