java面试题（三）

垃圾回收

简单的解释一下垃圾回收?
JVM中垃圾回收机制最基本的做法是分代回收.内存中的区域被划分成不同的世代,对象根据其存活的时间被保存在对应世代的区域中.一般的实现是划分成3个世代:年轻,年老和永久代.所有新生成的对象优先放在年轻代的(大对象可能被直接分配在老年代,作为一种分配担保机制),年轻代按照统计规律被分为三个区:一个Eden区，两个 Survivor区.在年轻代中经历了N次垃圾回收后仍然存活的对象,就会被放到年老代中.因此可以认为年老代中存放的都是一些生命周期较长的对象.

方法区也被称为永久代,用于存储每一个java类的结构信息:比如运行时常量池,字段和方法数据,构造函数和普通方法的字节码内容以及类,实例,接口初始化时需要使用到的特殊方法等数据,根据虚拟机实现不同,GC可以选择对方法区进行回收也可以不回收.

对于不同的世代可以使用不同的垃圾回收算法。比如对由于年轻代存放的对象多是朝生夕死,因此可以采用标记-复制,而对于老年代则可以采用标记-整理/清除.

Minor GC

发生在新生代的GC为Minor GC .在Minor GC时会将新生代中还存活着的对象复制进一个Survivor中,然后对Eden和另一个Survivor进行清理.所以,平常可用的新生代大小为Eden的大小+一个Survivor的大小.

Major GC

在老年代中的GC则为Major GC.

Full GC

通常是和Major GC等价的,针对整个新生代,老年代,元空间metaspace(java8以上版本取代perm gen)的全局范围的GC.

关于GC的类型,其实依赖于不同的垃圾回收器.可以具体查看相关垃圾回收器的实现.

新生代进入老年代
分配担保机制:当Minor GC时,新生代存活的对象大于Survivor的大小时,这时一个Survivor装不下它们,那么它们就会进入老年代.
如果设置了-XX：PretenureSizeThreshold5M 那么大于5M的对象就会直接就进入老年代.
在新生代的每一次Minor GC 都会给在新生代中的对象+1岁,默认到15岁时就会从新生代进入老年代,可以通过-XX：MaxTenuringThreshold来设置这个临界点
常见的垃圾回收算法有哪些?简述其原理.
垃圾回收从理论上非常容易理解,具体的方法有以下几种:

标记-清除
标记-复制
标记-整理
分代回收
更详细的内容参见深入理解垃圾回收算法
如何判断一个对象是否应该被回收?
这就是所谓的对象存活性判断,常用的方法有两种:

引用计数法

对象可达性分析

由于引用计数法存在互相引用导致无法进行GC的问题,所以目前JVM虚拟机多使用对象可达性分析算法.

哪些对象可以做GC Root?

主要由以下四种:

JVM方法栈中引用的对象
本地方法栈中引用的对象
方法区常量引用的对象
方法区类属性引用的对象

调用System.gc()会发生什么?

通知GC开始工作,但是GC真正开始的时间不确定.

了解java当中的四种引用类型?他们之间的区别是什么?

在java中主要有以下四种引用类型:强引用,软引用,弱引用,虚引用.不同的引用类型主要体现在GC上:

强引用:如果一个对象具有强引用,它就不会被垃圾回收器回收.即使当前内存空间不足,JVM也不会回收它.而是抛出 OutOfMemoryError 错误.使程序异常终止.如果想中断强引用和某个对象之间的关联.可以显式地将引用赋值为null,这样一来的话.JVM在合适的时间就会回收该对象.

软引用:在使用软引用时,如果内存的空间足够,软引用就能继续被使用而不会被垃圾回收器回收.只有在内存不足时,软引用才会被垃圾回收器回收.

弱引用:具有弱引用的对象拥有的生命周期更短暂.因为当 JVM 进行垃圾回收,一旦发现弱引用对象,无论当前内存空间是否充足,都会将弱引用回收.不过由于垃圾回收器是一个优先级较低的线程,所以并不一定能迅速发现弱引用对象.

虚引用:如果一个对象仅持有虚引用,那么它相当于没有引用,在任何时候都可能被垃圾回收器回收.

WeakReference与SoftReference的区别?

这点在四种引用类型中已经做了解释,这里在重复一下.虽然WeakReference与SoftReference都有利于提高 GC和内存的效率,但是 WeakReference ,一旦失去最后一个强引用,就会被 GC 回收,而软引用虽然不能阻止被回收,但是可以延迟到 JVM 内存不足的时候.

为什么要有不同的引用类型

不像C语言,我们可以控制内存的申请和释放,在Java中有时候我们需要适当的控制对象被回收的时机,因此就诞生了不同的引用类型,可以说不同的引用类型实则是对GC回收时机不可控的妥协.

进程,线程相关

说说进程,线程之间的区别?

简而言之,进程是程序运行和资源分配的基本单位,一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程.进程在执行过程中拥有独立的内存单元,而多个线程共享内存资源,减少切换次数,从而效率更高.线程是进程的一个实体,是cpu调度和分派的基本单位,是比程序更小的能独立运行的基本单位.同一进程中的多个线程之间可以并发执行.在Linux中,进程也称为Task.

守护线程是什么?它和非守护线程有什么区别

程序运行完毕,jvm会等待非守护线程完成后关闭,但是jvm不会等待守护线程.守护线程最典型的例子就是GC线程.

什么是多线程上下文切换

多线程的上下文切换是指CPU控制权由一个已经正在运行的线程切换到另外一个就绪并等待获取CPU执行权的线程的过程.

创建两种线程的方式?他们有什么区别?

通过实现java.lang.Runnable或者通过扩展java.lang.Thread类.相比扩展Thread,实现Runnable接口可能更优.原因有二:

Java不支持多继承.因此扩展Thread类就代表这个子类不能扩展其他类.而实现Runnable接口的类还可能扩展另一个类.
类可能只要求可执行即可,因此继承整个Thread类的开销过大.

Callable和Runnable的区别是什么?

两者都能用来编写多线程,但实现Callable接口的任务线程能返回执行结果,而实现Runnable接口的任务线程不能返回结果.Callable通常需要和Future/FutureTask结合使用,用于获取异步计算结果.

Thread类中的start()和run()方法有什么区别?

在start()方法中最终要的是调用了Native方法start0()用来启动新创建的线程线程启动后会自动调用run()方法.如果我们直接调用其run()方法就和我们调用其他方法一样,不会在新的线程中执行.

怎么检测一个线程是否持有对象锁

Thread类提供了一个Native方法holdsLock(Object obj)方法用于检测是否持有某个对象锁:当且仅当对象obj的锁被某线程持有的时候才会返回true.

public static native boolean holdsLock(Object obj);

线程阻塞有哪些原因?

阻塞指的是暂停一个线程的执行以等待某个条件发生（如某资源就绪），学过操作系统的同学对它一定已经很熟悉了。Java 提供了大量方法来支持阻塞，下面让我们逐一分析。

方法 说明
sleep() sleep() 允许 指定以毫秒为单位的一段时间作为参数，它使得线程在指定的时间内进入阻塞状态，不能得到CPU 时间，指定的时间一过，线程重新进入可执行状态。 典型地，sleep() 被用在等待某个资源就绪的情形：测试发现条件不满足后，让线程阻塞一段时间后重新测试，直到条件满足为止
suspend() 和 resume() 两个方法配套使用，suspend()使得线程进入阻塞状态，并且不会自动恢复，必须其对应的resume() 被调用，才能使得线程重新进入可执行状态。典型地，suspend() 和 resume() 被用在等待另一个线程产生的结果的情形：测试发现结果还没有产生后，让线程阻塞，另一个线程产生了结果后，调用 resume() 使其恢复。
yield() yield() 使当前线程放弃当前已经分得的CPU 时间，但不使当前线程阻塞，即线程仍处于可执行状态，随时可能再次分得 CPU 时间。调用 yield() 的效果等价于调度程序认为该线程已执行了足够的时间从而转到另一个线程
wait() 和 notify() 两个方法配套使用，wait() 使得线程进入阻塞状态，它有两种形式，一种允许 指定以毫秒为单位的一段时间作为参数，另一种没有参数，前者当对应的 notify() 被调用或者超出指定时间时线程重新进入可执行状态，后者则必须对应的 notify() 被调用.

wait(),notify()和suspend(),resume()之间的区别

初看起来它们与 suspend() 和 resume() 方法对没有什么分别，但是事实上它们是截然不同的。区别的核心在于，前面叙述的所有方法，阻塞时都不会释放占用的锁（如果占用了的话），而这一对方法则相反。上述的核心区别导致了一系列的细节上的区别。

首先，前面叙述的所有方法都隶属于 Thread 类，但是这一对却直接隶属于 Object 类，也就是说，所有对象都拥有这一对方法。初看起来这十分不可思议，但是实际上却是很自然的，因为这一对方法阻塞时要释放占用的锁，而锁是任何对象都具有的，调用任意对象的 wait() 方法导致线程阻塞，并且该对象上的锁被释放。而调用 任意对象的notify()方法则导致从调用该对象的 wait() 方法而阻塞的线程中随机选择的一个解除阻塞（但要等到获得锁后才真正可执行）。

其次，前面叙述的所有方法都可在任何位置调用，但是这一对方法却必须在 synchronized 方法或块中调用，理由也很简单，只有在synchronized 方法或块中当前线程才占有锁，才有锁可以释放。同样的道理，调用这一对方法的对象上的锁必须为当前线程所拥有，这样才有锁可以释放。因此，这一对方法调用必须放置在这样的 synchronized 方法或块中，该方法或块的上锁对象就是调用这一对方法的对象。若不满足这一条件，则程序虽然仍能编译，但在运行时会出现IllegalMonitorStateException 异常。

wait() 和 notify() 方法的上述特性决定了它们经常和synchronized关键字一起使用，将它们和操作系统进程间通信机制作一个比较就会发现它们的相似性：synchronized方法或块提供了类似于操作系统原语的功能，它们的执行不会受到多线程机制的干扰，而这一对方法则相当于 block 和wakeup 原语（这一对方法均声明为 synchronized）。它们的结合使得我们可以实现操作系统上一系列精妙的进程间通信的算法（如信号量算法），并用于解决各种复杂的线程间通信问题。

关于 wait() 和 notify() 方法最后再说明两点：
第一：调用 notify() 方法导致解除阻塞的线程是从因调用该对象的 wait() 方法而阻塞的线程中随机选取的，我们无法预料哪一个线程将会被选择，所以编程时要特别小心，避免因这种不确定性而产生问题。

第二：除了 notify()，还有一个方法 notifyAll() 也可起到类似作用，唯一的区别在于，调用 notifyAll() 方法将把因调用该对象的 wait() 方法而阻塞的所有线程一次性全部解除阻塞。当然，只有获得锁的那一个线程才能进入可执行状态。

谈到阻塞，就不能不谈一谈死锁，略一分析就能发现，suspend() 方法和不指定超时期限的 wait() 方法的调用都可能产生死锁。遗憾的是，Java 并不在语言级别上支持死锁的避免，我们在编程中必须小心地避免死锁。

以上我们对 Java 中实现线程阻塞的各种方法作了一番分析，我们重点分析了 wait() 和 notify() 方法，因为它们的功能最强大，使用也最灵活，但是这也导致了它们的效率较低，较容易出错。实际使用中我们应该灵活使用各种方法，以便更好地达到我们的目的。

产生死锁的条件

1.互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
2.请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
3.不剥夺条件:进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。
4.循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

为什么wait()方法和notify()/notifyAll()方法要在同步块中被调用

这是JDK强制的，wait()方法和notify()/notifyAll()方法在调用前都必须先获得对象的锁

wait()方法和notify()/notifyAll()方法在放弃对象监视器时有什么区别

wait()方法和notify()/notifyAll()方法在放弃对象监视器的时候的区别在于：wait()方法立即释放对象监视器，notify()/notifyAll()方法则会等待线程剩余代码执行完毕才会放弃对象监视器。

wait()与sleep()的区别

关于这两者已经在上面进行详细的说明,这里就做个概括好了:

sleep()来自Thread类，和wait()来自Object类.调用sleep()方法的过程中，线程不会释放对象锁。而 调用 wait 方法线程会释放对象锁
sleep()睡眠后不出让系统资源，wait让其他线程可以占用CPU
sleep(milliseconds)需要指定一个睡眠时间，时间一到会自动唤醒.而wait()需要配合notify()或者notifyAll()使用

为什么wait,nofity和nofityAll这些方法不放在Thread类当中

一个很明显的原因是JAVA提供的锁是对象级的而不是线程级的，每个对象都有锁，通过线程获得。如果线程需要等待某些锁那么调用对象中的wait()方法就有意义了。如果wait()方法定义在Thread类中，线程正在等待的是哪个锁就不明显了。简单的说，由于wait，notify和notifyAll都是锁级别的操作，所以把他们定义在Object类中因为锁属于对象。

怎么唤醒一个阻塞的线程

如果线程是因为调用了wait()、sleep()或者join()方法而导致的阻塞，可以中断线程，并且通过抛出InterruptedException来唤醒它；如果线程遇到了IO阻塞，无能为力，因为IO是操作系统实现的，Java代码并没有办法直接接触到操作系统。

什么是多线程的上下文切换

多线程的上下文切换是指CPU控制权由一个已经正在运行的线程切换到另外一个就绪并等待获取CPU执行权的线程的过程。

synchronized和ReentrantLock的区别

synchronized是和if、else、for、while一样的关键字，ReentrantLock是类，这是二者的本质区别。既然ReentrantLock是类，那么它就提供了比synchronized更多更灵活的特性，可以被继承、可以有方法、可以有各种各样的类变量，ReentrantLock比synchronized的扩展性体现在几点上：
（1）ReentrantLock可以对获取锁的等待时间进行设置，这样就避免了死锁
（2）ReentrantLock可以获取各种锁的信息
（3）ReentrantLock可以灵活地实现多路通知
另外，二者的锁机制其实也是不一样的:ReentrantLock底层调用的是Unsafe的park方法加锁，synchronized操作的应该是对象头中mark word.

FutureTask是什么

这个其实前面有提到过，FutureTask表示一个异步运算的任务。FutureTask里面可以传入一个Callable的具体实现类，可以对这个异步运算的任务的结果进行等待获取、判断是否已经完成、取消任务等操作。当然，由于FutureTask也是Runnable接口的实现类，所以FutureTask也可以放入线程池中。

一个线程如果出现了运行时异常怎么办?

如果这个异常没有被捕获的话，这个线程就停止执行了。另外重要的一点是：如果这个线程持有某个某个对象的监视器，那么这个对象监视器会被立即释放

Java虚拟机对synchronized的优化

锁的状态总共有四种，无锁状态、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。随着锁的竞争，锁可以从偏向锁升级到轻量级锁，再升级的重量级锁，但是锁的升级是单向的，也就是说只能从低到高升级，不会出现锁的降级.

偏向锁: 偏向锁是JDK 1.6之后加入的新锁，它是一种针对加锁操作的优化手段，经过研究发现，在大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一线程多次获得，因此为了减少同一线程获取锁(会涉及到一些CAS操作,耗时)的代价而引入偏向锁。偏向锁的核心思想是，如果一个线程获得了锁，那么锁就进入偏向模式，此时Mark Word 的结构也变为偏向锁结构，当这个线程再次请求锁时，无需再做任何同步操作，即获取锁的过程，这样就省去了大量有关锁申请的操作，从而也就提供程序的性能。所以，对于没有锁竞争的场合，偏向锁有很好的优化效果，毕竟极有可能连续多次是同一个线程申请相同的锁。但是对于锁竞争比较激烈的场合，偏向锁就失效了，因为这样场合极有可能每次申请锁的线程都是不相同的，因此这种场合下不应该使用偏向锁，否则会得不偿失，需要注意的是，偏向锁失败后，并不会立即膨胀为重量级锁，而是先升级为轻量级锁
轻量级锁:倘若偏向锁失败，虚拟机并不会立即升级为重量级锁，它还会尝试使用一种称为轻量级锁的优化手段(1.6之后加入的)，此时Mark Word 的结构也变为轻量级锁的结构。轻量级锁能够提升程序性能的依据是“对绝大部分的锁，在整个同步周期内都不存在竞争”，注意这是经验数据。需要了解的是，轻量级锁所适应的场景是线程交替执行同步块的场合，如果存在同一时间访问同一锁的场合，就会导致轻量级锁膨胀为重量级锁
自旋锁: 轻量级锁失败后，虚拟机为了避免线程真实地在操作系统层面挂起，还会进行一项称为自旋锁的优化手段。这是基于在大多数情况下，线程持有锁的时间都不会太长，如果直接挂起操作系统层面的线程可能会得不偿失，毕竟操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到核心态，这个状态之间的转换需要相对比较长的时间，时间成本相对较高，因此自旋锁会假设在不久将来，当前的线程可以获得锁，因此虚拟机会让当前想要获取锁的线程做几个空循环(这也是称为自旋的原因)，一般不会太久，可能是50个循环或100循环，在经过若干次循环后，如果得到锁，就顺利进入临界区。如果还不能获得锁，那就会将线程在操作系统层面挂起，这就是自旋锁的优化方式，这种方式确实也是可以提升效率的。最后没办法也就只能升级为重量级锁了。
除此之外,锁消除也是一项非常重要的优化手段.Java虚拟机在JIT编译时(可以简单理解为当某段代码即将第一次被执行时进行编译，又称即时编译)，通过对运行上下文的扫描，去除不可能存在共享资源竞争的锁，通过这种方式消除没有必要的锁，可以节省毫无意义的请求锁时间.

线程中断相关方法

当一个线程处于被阻塞状态或者试图执行一个阻塞操作时，使用Thread.interrupt()方式中断该线程，此时将会抛出一个InterruptedException的异常，同时中断状态将会被复位(由中断状态改为非中断状态).在Java中提供了以下三个与中断相关的方法:

//中断线程（实例方法）
public void Thread.interrupt();

//判断线程是否被中断（实例方法）
public boolean Thread.isInterrupted();

//判断是否被中断并清除当前中断状态
public static boolean Thread.interrupted();

如何在两个线程间共享数据
通过在线程之间共享对象就可以了，然后通过wait/notify/notifyAll、await/signal/signalAll进行唤起和等待，比方说阻塞队列BlockingQueue就是为线程之间共享数据而设计的

如何正确的使用wait()?使用if还是while?
wait() 方法应该在循环调用，因为当线程获取到 CPU 开始执行的时候，其他条件可能还没有满足，所以在处理前，循环检测条件是否满足会更好。下面是一段标准的使用 wait 和 notify 方法的代码：

synchronized (obj) {
while (condition does not hold)
obj.wait(); // (Releases lock, and reacquires on wakeup)
… // Perform action appropriate to condition
}

什么是线程局部变量ThreadLocal

线程局部变量是局限于线程内部的变量，属于线程自身所有，不在多个线程间共享。Java提供ThreadLocal类来支持线程局部变量，是一种实现线程安全的方式。但是在管理环境下（如 web 服务器）使用线程局部变量的时候要特别小心，在这种情况下，工作线程的生命周期比任何应用变量的生命周期都要长。任何线程局部变量一旦在工作完成后没有释放，Java 应用就存在内存泄露的风险。

ThreadLoal的作用是什么?

简单说ThreadLocal就是一种以空间换时间的做法在每个Thread里面维护了一个ThreadLocal.ThreadLocalMap把数据进行隔离，数据不共享，自然就没有线程安全方面的问题了.

生产者消费者模型的作用是什么?

（1）通过平衡生产者的生产能力和消费者的消费能力来提升整个系统的运行效率，这是生产者消费者模型最重要的作用
（2）解耦，这是生产者消费者模型附带的作用，解耦意味着生产者和消费者之间的联系少，联系越少越可以独自发展而不需要收到相互的制约

写一个生产者-消费者队列
可以通过阻塞队列实现,也可以通过wait-notify来实现.

使用阻塞队列来实现
//消费者
public class Producer implements Runnable{
private final BlockingQueue queue;

public Producer(BlockingQueue q){
    this.queue=q;
}

@Override
public void run() {
    try {
        while (true){
            Thread.sleep(1000);//模拟耗时
            queue.put(produce());
        }
    }catch (InterruptedException e){

    }
}

private int produce() {
    int n=new Random().nextInt(10000);
    System.out.println("Thread:" + Thread.currentThread().getId() + " produce:" + n);
    return n;
}

}
//消费者
public class Consumer implements Runnable {
private final BlockingQueue queue;

public Consumer(BlockingQueue q){
    this.queue=q;
}

@Override
public void run() {
    while (true){
        try {
            Thread.sleep(2000);//模拟耗时
            consume(queue.take());
        }catch (InterruptedException e){

        }

    }
}

private void consume(Integer n) {
    System.out.println("Thread:" + Thread.currentThread().getId() + " consume:" + n);

}

}
//测试
public class Main {

public static void main(String[] args) {
    BlockingQueue<Integer> queue=new ArrayBlockingQueue<Integer>(100);
    Producer p=new Producer(queue);
    Consumer c1=new Consumer(queue);
    Consumer c2=new Consumer(queue);

    new Thread(p).start();
    new Thread(c1).start();
    new Thread(c2).start();
}

}
使用wait-notify来实现
该种方式应该最经典,这里就不做说明了

如果你提交任务时,线程池队列已满,这时会发生什么

如果使用的LinkedBlockingQueue,也就是*队列的话,继续添加任务到阻塞队列中等待执行.因为LinkedBlockingQueue可以近乎认为是一个无穷大的队列,可以无限存放任务;如果你使用的是有界队列比方说ArrayBlockingQueue的话,任务首先会被添加到ArrayBlockingQueue中,ArrayBlockingQueue满了,则会使用拒绝策略RejectedExecutionHandler处理满了的任务,默认是AbortPolicy.