在当今软件开发领域，高并发编程能力是衡量 Java 开发者技术水平的重要指标之一。对于众多渴望在面试中脱颖而出的 Java 开发人员而言，深入理解 Java 高并发相关知识至关重要。本文将全面且深入地剖析 Java 高并发面试中的关键知识点，助力你在面试中展现专业实力，顺利斩获心仪 offer。

核心概念深度剖析

线程与进程

线程和进程是操作系统层面的基础概念，在 Java 高并发编程中有着举足轻重的地位。进程是程序的一次执行过程，是系统进行资源分配和调度的基本单位，拥有独立的内存空间、文件描述符等资源。而线程则是进程中的一个执行单元，是程序执行的最小单位，同一进程内的多个线程共享进程的资源。

从操作系统调度角度来看，进程的调度相对 “重量级”，因为进程切换涉及到资源的重新分配和内存上下文的切换，开销较大。而线程调度则更为 “轻量级”，线程切换主要是 CPU 寄存器上下文的切换，开销较小。在 Java 中，通过Thread类来创建和管理线程，例如：

public class ThreadExample {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            System.out.println("这是一个新线程");
        });
        thread.start();
        System.out.println("主线程继续执行");
    }
}

在面试中，可能会遇到诸如 “多线程编程有哪些优势和劣势？” 的问题，此时就需要结合上述原理，阐述多线程能提高程序执行效率、充分利用 CPU 资源，但同时也会带来线程安全、上下文切换开销等问题。

并发与并行

并发和并行虽然看似相似，但在本质上有着明显区别。并发是指在同一时间段内，多个任务都在执行，但不一定是同时执行。例如，单核 CPU 环境下，通过时间片轮转的方式，让多个线程轮流使用 CPU，从宏观上看，这些线程好像在同时执行，但实际上在某一时刻，只有一个线程在运行。

并行则是指在同一时刻，多个任务同时执行，这依赖于多核 CPU。在多核 CPU 环境下，每个核心可以同时处理一个任务，真正实现了多个任务的同时运行。例如，在一个 4 核 CPU 的系统中，理论上可以同时运行 4 个线程。

在面试中，面试官可能会问 “在高并发场景下，如何根据硬件环境选择合适的并发策略？” 这就需要开发者根据系统的 CPU 核心数、任务特性等因素来综合考虑，如对于 CPU 密集型任务，在多核 CPU 环境下采用并行处理可以充分发挥硬件性能；而对于 I/O 密集型任务，即使在单核 CPU 下，通过并发编程也能有效提高系统整体性能。

Java 并发包（java.util.concurrent）

Java 并发包提供了丰富的工具类和接口，极大地简化了高并发编程。如下所示

ThreadPoolExecutor（线程池）

线程池是一种基于池化思想管理线程的工具，它能避免频繁创建和销毁线程带来的开销。ThreadPoolExecutor的构造函数包含多个核心参数：

• corePoolSize：核心线程数，线程池初始化时创建的线程数量，这些线程会一直存活，即使处于空闲状态也不会被销毁（除非设置了allowCoreThreadTimeOut为true）。
• maximumPoolSize：最大线程数，线程池允许创建的最大线程数量。当任务队列已满且活动线程数小于最大线程数时，线程池会创建新的线程来处理任务。
• keepAliveTime：线程存活时间，当线程池中的线程数量超过核心线程数时，多余的空闲线程在存活时间内没有任务执行，就会被销毁。
• unit：keepAliveTime的时间单位，如TimeUnit.SECONDS。
• workQueue：任务队列，用于存放等待执行的任务。常见的任务队列有ArrayBlockingQueue（有界队列）、LinkedBlockingQueue（无界队列）等。
• threadFactory：线程工厂，用于创建新线程，可通过自定义线程工厂来设置线程的名称、优先级等属性。
• handler：拒绝策略，当任务队列已满且线程数达到最大线程数时，新提交的任务将被拒绝，由拒绝策略来处理。常见的拒绝策略有AbortPolicy（抛出异常）、CallerRunsPolicy（由调用者线程处理）等。

在实际应用中，需要根据业务场景合理配置这些参数。例如，对于 I/O 密集型任务，可以适当增大核心线程数，因为 I/O 操作等待时间长，线程空闲时间多，更多的核心线程可以充分利用 CPU 资源；而对于 CPU 密集型任务，核心线程数不宜过多，一般设置为 CPU 核心数或略小于 CPU 核心数，避免过多线程竞争 CPU 资源导致性能下降。

ConcurrentHashMap（线程安全的哈希表）

ConcurrentHashMap是线程安全的哈希表，它在高并发场景下提供了高效的读写性能。与传统的HashMap相比，ConcurrentHashMap采用了分段锁机制（JDK 1.7 及之前）或 CAS（Compare and Swap）算法结合 synchronized 锁（JDK 1.8 及之后）来保证线程安全。

在 JDK 1.7 中，ConcurrentHashMap将数据分成多个段（Segment），每个段都有自己的锁。当一个线程访问某个段的数据时，只会锁住该段，其他段的数据仍然可以被其他线程访问，从而提高了并发性能。在 JDK 1.8 中，ConcurrentHashMap摒弃了分段锁机制，采用了 CAS 算法和 synchronized 锁相结合的方式。当插入新元素时，首先使用 CAS 算法尝试插入，如果失败则使用 synchronized 锁进行同步操作。

面试中，可能会问到 “ConcurrentHashMap在 JDK 1.7 和 JDK 1.8 中的实现有何不同？” 或者 “ConcurrentHashMap和Hashtable的区别是什么？” 这就需要开发者深入理解它们的实现原理，准确回答。

当然除了上面这些之外还有其他的知识点，需要通过日常的开发工作去不断地积累。

锁机制

锁机制是解决多线程并发访问共享资源时数据一致性问题的重要手段。

synchronized 关键字

synchronized是 Java 内置的关键字，用于实现同步代码块或方法。它通过监视器锁（Monitor Lock）来保证同一时刻只有一个线程能够访问被修饰的代码块或方法。当一个线程进入同步代码块时，它会获取监视器锁，退出时释放锁。例如：

public class SynchronizedExample {
    private static int count = 0;

    public static synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                increment();
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                increment();
            }
        });
        thread1.start();
        thread2.start();
        try {
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("最终结果：" + count);
    }
}

synchronized关键字的优点是使用简单，语义清晰，但它是一种悲观锁，即总是假设最坏的情况，每次访问共享资源时都要先获取锁，这在高并发场景下可能会导致性能瓶颈。

Lock 接口

Lock接口是 Java 5.0 引入的，提供了比synchronized更灵活、更强大的锁机制。ReentrantLock是Lock接口的一个实现类，它是可重入锁，即同一个线程可以多次获取同一个锁。与synchronized不同，ReentrantLock需要手动获取和释放锁，通过lock()方法获取锁，unlock()方法释放锁，通常会将unlock()方法放在finally块中，以确保无论是否发生异常，锁都能被正确释放。例如：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ReentrantLockExample {
    private static int count = 0;
    private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public static void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                increment();
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                increment();
            }
        });
        thread1.start();
        thread2.start();
        try {
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("最终结果：" + count);
    }
}

ReentrantLock还提供了更多的功能，如公平锁和非公平锁的选择、可中断的锁获取、条件变量等。公平锁会按照线程请求的顺序来分配锁，保证了公平性，但性能相对较低；非公平锁则允许线程在获取锁时不按照顺序，可能会导致某些线程长时间等待，但性能较高。在实际应用中，需要根据业务需求选择合适的锁类型。

除了synchronized和ReentrantLock，还有乐观锁、读写锁等其他锁机制。乐观锁假设数据一般情况下不会发生冲突，所以在更新数据时不会加锁，而是在更新前检查数据是否被其他线程修改过，如果没有则进行更新，否则重试或采取其他策略。
java.util.concurrent.atomic包下的原子类，如AtomicInteger、AtomicLong等，就是基于乐观锁（CAS 算法）实现的。读写锁则将对共享资源的访问分为读操作和写操作，允许多个线程同时进行读操作，但写操作时需要独占锁，从而提高了读操作的并发性能。

总结

总之，掌握 Java 高并发面试的核心知识点，不仅需要深入理解理论概念，熟悉关键工具的使用，更要注重在实际项目中的应用和实践经验的积累。希望本文能对你在 Java 高并发面试中有所帮助，祝大家都能顺利通过面试，开启职业生涯的新篇章！如果你在学习和实践过程中遇到了什么问题，欢迎在评论区留言交流。