1.线程状态

请解释 Java 中线程的几种状态，并描述每种状态的特点和转换条件。

  • NEW（新建）：线程被创建，但尚未启动。
  • RUNNABLE（可运行）：线程正在运行，可能在执行代码，也可能等待操作系统资源。
  • BLOCKED（阻塞）：线程在等待监视器锁，以便进入同步块/方法。
  • WAITING（等待）：线程等待另一个线程显式地唤醒它（例如，Object.wait()，Thread.join()）。
  • TIMED_WAITING（计时等待）：线程等待另一个线程在指定的时间内唤醒它（例如，Thread.sleep()，Object.wait(long timeout)）。
  • TERMINATED（终止）：线程已完成执行。

线程状态的转换条件包括线程的启动、资源竞争、同步块/方法的进入与退出、以及超时等。

2.synchronized 和 ReentrantLock

synchronized 和 ReentrantLock 有什么区别？在什么情况下会选择使用 ReentrantLock？

  • synchronized：是Java中的内置同步机制，修饰方法或代码块，使用对象内部的监视器锁。简单易用，但功能有限（如不能尝试锁定、不能定时锁定）。
  • ReentrantLock：是 java.util.concurrent.locks 包中的锁，具有更多的高级功能，如可重入、可定时、可中断的锁定方式，支持公平锁和非公平锁。

选择 ReentrantLock 的情况：

  • 需要尝试锁定或定时锁定。
  • 需要公平锁定（顺序锁定）。
  • 需要更灵活的锁定机制和条件变量（例如 Condition）。

3.线程池

请说明 ThreadPoolExecutor 类的核心参数及其作用。你会如何调整线程池的配置来应对高并发的需求？

ThreadPoolExecutor 类的核心参数：

  • corePoolSize：核心线程数，线程池中始终保持存活的线程数。
  • maximumPoolSize：最大线程数，线程池中允许的最大线程数。
  • keepAliveTime：线程空闲时间，当线程数超过 corePoolSize 时，超时未任务的线程会被终止。
  • unit：keepAliveTime 的时间单位。
  • workQueue：任务队列，保存等待执行的任务。
  • threadFactory：线程工厂，创建新线程的方式。
  • handler：拒绝策略，当任务无法提交到线程池时的处理方式。

高并发配置建议：

  • 根据任务类型调整 corePoolSize 和 maximumPoolSize。
  • 选择合适的队列（有界/无界）避免资源耗尽。
  • 使用合适的拒绝策略（如 CallerRunsPolicy）以防止任务丢失。

4.Future 和 CompletableFuture

Future 和 CompletableFuture 有何区别？在什么情况下你会选择使用 CompletableFuture？

  • Future：表示一个异步计算的结果，可以通过 get() 方法获取计算结果，但会阻塞直到任务完成。适用于简单的异步任务。
  • CompletableFuture：扩展了 Future，提供了更丰富的 API 来进行异步任务的组合和处理（如 thenApply、thenAccept）。支持链式调用和异常处理。

使用 CompletableFuture 的情况：

  • 需要进行多个异步任务的组合。
  • 需要非阻塞地处理异步结果。
  • 需要处理异步计算的异常。

5.阻塞队列

请介绍几种常用的阻塞队列及其适用场景。

常用的阻塞队列：

  • ArrayBlockingQueue：基于数组的有界阻塞队列。
  • LinkedBlockingQueue：基于链表的有界或无界阻塞队列。
  • PriorityBlockingQueue：支持优先级排序的无界阻塞队列。
  • DelayQueue：支持延时获取元素的无界阻塞队列。
  • SynchronousQueue：不存储元素的队列，每个插入操作必须等待对应的移除操作。

适用场景：

  • ArrayBlockingQueue：固定容量的场景，避免队列过大。
  • LinkedBlockingQueue：需要动态增长的队列长度场景。
  • PriorityBlockingQueue：需要优先级处理的场景。
  • DelayQueue：需要延迟执行的任务调度场景。
  • SynchronousQueue：生产者和消费者一对一交互的场景。

6.CAS

什么是 CAS（Compare-And-Swap）？它是如何在 Java 中实现的？请描述其优缺点。

CAS（Compare-And-Swap）：

  • CAS 是一种无锁算法，用于实现原子操作。通过比较内存中的某个值与预期值，如果相同则修改成新值，否则不修改。
  • 在 Java 中，CAS 通过 sun.misc.Unsafe 类中的方法实现（如 compareAndSwapInt）。

优点：

  • 高效，无需阻塞线程。
  • 适合在多线程环境下保证数据一致性。

缺点：

  • 可能会导致忙等待（如果 CAS 操作频繁失败）。
  • 不适合复杂的同步场景（如需要维护多个变量的一致性）。