JavaGuide项目中的Java并发常见面试题内容补充

并发编程基础概念

Java并发编程是Java开发者必须掌握的核心技能之一。在多核处理器成为主流的今天，理解并发原理对于编写高性能、线程安全的应用程序至关重要。Java并发编程涉及线程创建与管理、线程同步、线程通信等多个方面。

线程创建与管理

在Java中，创建线程主要有三种方式：

1. 继承Thread类：通过继承Thread类并重写run()方法来创建线程。这种方式简单直接，但由于Java不支持多重继承，限制了类的扩展性。

2. 实现Runnable接口：实现Runnable接口并实现run()方法，然后将Runnable实例传递给Thread构造函数。这种方式更灵活，推荐使用。

3. 使用Callable和Future：Callable接口类似于Runnable，但它可以返回结果并抛出异常。结合ExecutorService和Future，可以获取线程执行结果。

线程同步机制

保证线程安全是并发编程的核心挑战。Java提供了多种同步机制：

1. synchronized关键字：最基本的同步机制，可用于方法或代码块。它基于对象监视器锁实现，确保同一时间只有一个线程可以执行同步代码。

2. volatile关键字：保证变量的可见性，但不保证原子性。适用于一个线程写、多个线程读的场景。

3. Lock接口：比synchronized更灵活的锁机制，提供了tryLock()、lockInterruptibly()等方法，可以实现更复杂的同步需求。

4. 原子类：java.util.concurrent.atomic包下的类，如AtomicInteger，提供原子操作，适合计数器等场景。

线程池原理与使用

线程池是管理线程的有效方式，可以避免频繁创建和销毁线程的开销。Java通过Executor框架提供了线程池支持：

1. ThreadPoolExecutor：最灵活的线程池实现，可以自定义核心线程数、最大线程数、队列策略等参数。

2. Executors工厂类：提供创建常见线程池的便捷方法，如newFixedThreadPool、newCachedThreadPool等。

3. 线程池工作流程：当任务提交时，线程池首先尝试使用核心线程处理；如果核心线程都在忙，任务进入队列；队列满时才会创建新线程，直到达到最大线程数。

并发集合类

Java并发包(java.util.concurrent)提供了线程安全的集合类：

1. ConcurrentHashMap：高并发环境下替代HashMap的选择，采用分段锁或CAS操作提高并发性能。

2. CopyOnWriteArrayList：写时复制的List实现，适合读多写少的场景。

3. BlockingQueue：阻塞队列，常用于生产者-消费者模式，如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue等。

并发工具类

Java并发包还提供了强大的工具类：

1. CountDownLatch：允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。

2. CyclicBarrier：让一组线程到达一个屏障时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会打开。

3. Semaphore：控制同时访问特定资源的线程数量。

4. Exchanger：用于两个线程间交换数据。

常见并发问题与解决方案

1. 死锁：多个线程互相等待对方释放锁资源。避免方法包括按固定顺序获取锁、使用tryLock()、设置超时等。

2. 活锁：线程不断改变状态但无法继续执行。通常需要引入随机性来打破这种状态。

3. 线程饥饿：某些线程长时间得不到执行机会。可以通过公平锁或调整线程优先级来解决。

4. 内存可见性问题：使用volatile或同步机制保证共享变量的可见性。

最佳实践建议

1. 尽量使用高级并发工具类，而不是直接操作线程。

2. 优先考虑无锁编程，如使用原子类和不可变对象。

3. 合理设置线程池参数，避免资源耗尽。

4. 编写线程安全的代码时，要明确同步的范围和粒度。

5. 使用ThreadLocal存储线程私有数据，但要小心内存泄漏问题。

通过深入理解这些并发编程的核心概念和技术，Java开发者可以构建出高效、可靠的并发应用程序。在实际开发中，应根据具体场景选择合适的并发策略，并在性能与复杂性之间找到平衡点。