interview/questions/05-并发编程/Java并发编程基础.md

Java 并发编程基础

问题

1. 进程和线程的区别？
2. 创建线程有哪些方式？
3. synchronized 关键字的原理？
4. volatile 关键字的作用？
5. CAS（Compare And Swap）的原理和 ABA 问题？
6. ThreadLocal 的原理和内存泄漏问题？

---

标准答案

1. 进程 vs 线程

特性	进程	线程
资源	独立内存、文件描述符	共享进程资源
通信	IPC（管道、消息队列、共享内存）	共享内存
上下文切换	慢（需保存更多状态）	快
开销	大	小

---

2. 创建线程的方式

方式 1：继承 Thread

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Thread running");
    }
}
new MyThread().start();

方式 2：实现 Runnable

class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Runnable running");
    }
}
new Thread(new MyRunnable()).start();

方式 3：实现 Callable（有返回值）

class MyCallable implements Callable<String> {
    @Override
    public String call() throws Exception {
        return "Callable result";
    }
}
FutureTask<String> future = new FutureTask<>(new MyCallable());
new Thread(future).start();
String result = future.get();

---

3. synchronized 原理

字节码层面：

// 同步方法
public synchronized void method() { }
// 字节码：ACC_SYNCHRONIZED

// 同步代码块
synchronized (object) { }
// 字节码：monitorenter、monitorexit

对象头：

Mark Word（32 位 JVM）
┌────────────┬────────────┬──────────────┐
│ 锁状态     │ 29 位或2位 │ 是否是偏向锁  │
├────────────┼────────────┼──────────────┤
│ 无锁       │ 对象 Hash  │ 01           │
│ 偏向锁     │ 线程 ID   │ 01           │
│ 轻量级锁   │ 栈中 Lock Record | 00   │
│ 重量级锁   │ 管程指针   │ 10           │
└────────────┴────────────┴──────────────┘

锁升级：

无锁 → 偏向锁 → 轻量级锁（CAS 自旋） → 重量级锁（阻塞）

---

4. volatile 关键字

作用：

1. 保证可见性（JMM，主内存与工作内存）
2. 禁止指令重排序

示例：

private volatile boolean running = true;

public void stop() {
    running = false;  // 立即对所有线程可见
}

不能保证原子性：

private volatile int count = 0;

// ❌ 非线程安全
count++;  // read → modify → write（非原子操作）

// ✅ 线程安全
synchronized (this) {
    count++;
}

---

5. CAS 和 ABA 问题

CAS（Compare And Swap）：

// Unsafe.compareAndSwapInt(object, offset, expect, update)
// 如果当前值 == 期望值，则更新为 update

AtomicInteger atomic = new AtomicInteger(0);
atomic.compareAndSet(0, 1);  // CAS 操作

ABA 问题：

线程 A：读取值 A
线程 B：A → B → A
线程 A：CAS 成功（不知道值已变化）

解决：版本号（AtomicStampedReference）：

AtomicStampedReference<Integer> ref = new AtomicStampedReference<>(100, 0);

int oldStamp = ref.getStamp();
ref.compareAndSet(100, 101, oldStamp, oldStamp + 1);  // 版本号也参与 CAS

---

6. ThreadLocal

原理：

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = t.threadLocals;
    if (map != null)
        map.set(this, value);  // key 是 ThreadLocal 对象，value 是值
    else
        createMap(t, value);
}

内存泄漏：

// ❌ 可能导致内存泄漏
private static ThreadLocal<byte[]> data = new ThreadLocal<>();

public void process() {
    data.set(new byte[1024 * 1024]);  // 1MB
    // 未调用 remove()
}

原因：

• ThreadLocal 是弱引用，但 value 是强引用
• 线程不销毁，value 不会回收

解决：

try {
    data.set(new byte[1024 * 1024]);
    // 业务逻辑
} finally {
    data.remove();  // 必须
}

---

7. 阿里 P7 加分项

深度理解：

• 理解 JMM（Java 内存模型）
• 理解 happens-before 原则
• 理解 synchronized 的优化（偏向锁、轻量级锁）

实战经验：

• 有并发问题的排查经验
• 有性能优化经验（减少锁竞争）
• 有死锁的排查和解决经验