2025年全國計(jì)算機(jī)等級(jí)考試Java并發(fā)編程模擬試卷考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共40分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在Java中，實(shí)現(xiàn)多線程的主要方式有（）。A.繼承`Thread`類B.實(shí)現(xiàn)`Runnable`接口C.實(shí)現(xiàn)`Callable`接口D.以上都是2.下列關(guān)于線程生命周期的說法中，正確的是（）。A.新建狀態(tài)（New）B.運(yùn)行狀態(tài)（Running）C.阻塞狀態(tài)（Blocked）D.以上都是3.當(dāng)多個(gè)線程競(jìng)爭(zhēng)同一個(gè)`synchronized`方法或代碼塊時(shí)，Java的內(nèi)存模型保證了這些線程對(duì)共享變量的（）。A.有序性B.可見性C.原子性D.以上都是4.`volatile`關(guān)鍵字主要解決的是（）問題。A.線程間的通信B.線程間的同步C.內(nèi)存可見性問題D.線程死鎖問題5.下列關(guān)于`synchronized`和`volatile`的描述中，正確的是（）。A.`synchronized`能保證變量的原子性，`volatile`不能B.`volatile`能保證變量的可見性，`synchronized`不能C.`synchronized`是輕量級(jí)鎖，`volatile`不是D.`volatile`能保證方法級(jí)別的同步，`synchronized`只能保證語句塊級(jí)別的同步6.在Java中，要實(shí)現(xiàn)線程間的精確通信，通常使用（）。A.`synchronized`B.`volatile`C.`wait()`和`notify()`/`notifyAll()`方法D.`ThreadLocal`7.`ThreadLocal`的主要作用是（）。A.實(shí)現(xiàn)線程同步B.實(shí)現(xiàn)線程間通信C.為每個(gè)線程提供獨(dú)立的變量副本D.創(chuàng)建守護(hù)線程8.`Lock`接口相比`synchronized`有哪些優(yōu)勢(shì)？（）A.可以嘗試鎖定（tryLock）B.可以綁定多個(gè)`Condition`C.可以設(shè)置公平鎖D.以上都是9.下列哪個(gè)集合類是線程安全的？（）A.`ArrayList`B.`LinkedList`C.`HashMap`D.`Vector`10.`ConcurrentHashMap`相對(duì)于`Hashtable`的主要改進(jìn)在于（）。A.提高了線程安全性B.提高了并發(fā)性能C.支持快速失敗迭代器D.以上都是11.`BlockingQueue`接口通常用于實(shí)現(xiàn)（）模式。A.狀態(tài)機(jī)B.發(fā)布-訂閱C.生產(chǎn)者-消費(fèi)者D.裝飾器12.創(chuàng)建`ThreadPoolExecutor`時(shí)，如果不指定核心線程數(shù)（corePoolSize）和最大線程數(shù)（maximumPoolSize），并且任務(wù)隊(duì)列是具有無限容量的`LinkedBlockingQueue`，那么當(dāng)任務(wù)數(shù)超過（）時(shí)，新任務(wù)會(huì)直接創(chuàng)建新線程執(zhí)行。A.核心線程數(shù)B.最大線程數(shù)C.核心線程數(shù)+阻塞隊(duì)列容量D.最大線程數(shù)+阻塞隊(duì)列容量13.下列關(guān)于死鎖的描述中，錯(cuò)誤的是（）。A.死鎖需要至少兩個(gè)線程B.死鎖需要至少兩個(gè)線程持有不同資源C.死鎖需要資源循環(huán)等待條件D.死鎖只需要資源互斥條件14.`ForkJoinPool`適用于處理哪種類型的任務(wù)？（）A.I/O密集型任務(wù)B.CPU密集型且可以分解的任務(wù)C.需要精確同步的任務(wù)D.小規(guī)模、快速執(zhí)行的任務(wù)15.`CompletableFuture`的主要優(yōu)勢(shì)在于（）。A.簡(jiǎn)化異步編程模型B.提高CPU利用率C.實(shí)現(xiàn)線程池管理D.替代所有同步代碼16.`ReentrantLock`是（）。A.一個(gè)重量級(jí)鎖B.一個(gè)非公平鎖（默認(rèn)）C.可以實(shí)現(xiàn)可中斷的鎖等待D.以上都是17.`CopyOnWriteArrayList`的線程安全性是如何保障的？（）A.使用`synchronized`同步整個(gè)列表B.使用`volatile`保證列表結(jié)構(gòu)可見性C.在每次修改時(shí)復(fù)制整個(gè)數(shù)組D.使用`ReentrantLock`18.哪個(gè)方法用于喚醒在當(dāng)前對(duì)象監(jiān)視器上等待的一個(gè)線程？（）A.`notify()`B.`notifyAll()`C.`interrupt()`D.`sleep()`19.如果一個(gè)線程調(diào)用了`Object`類的`wait()`方法，那么該線程會(huì)（）。A.立即釋放它持有的所有監(jiān)視器鎖B.只釋放它持有的當(dāng)前監(jiān)視器鎖C.進(jìn)入死鎖狀態(tài)D.被操作系統(tǒng)掛起20.Java內(nèi)存模型（JMM）將線程私有的區(qū)域稱為（）。A.主內(nèi)存B.工作內(nèi)存C.對(duì)象頭D.堆二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填入橫線上）1.線程運(yùn)行在Java虛擬機(jī)中，其執(zhí)行狀態(tài)由JVM內(nèi)部的_______管理。2.`volatile`關(guān)鍵字確保了變量的_______和有序性。3.`synchronized`代碼塊中使用的是_______鎖，它是JVM實(shí)現(xiàn)的。4.`ThreadLocal`為每個(gè)使用該變量的線程提供了一個(gè)獨(dú)立的_______。5.`ReentrantLock`可以通過調(diào)用其_______方法來嘗試獲取鎖，而不需要阻塞線程。6.`BlockingQueue`接口中，_______方法用于添加元素到隊(duì)列尾部，如果隊(duì)列已滿則會(huì)阻塞。7.`ThreadPoolExecutor`的_______參數(shù)指定了當(dāng)任務(wù)隊(duì)列已滿時(shí)，核心線程之外的額外線程可以創(chuàng)建的最大數(shù)量。8.解決死鎖的一種方法是確保所有線程以_______的順序請(qǐng)求資源。9.`CompletableFuture`使得異步編程可以通過_______的方式更加方便地組合和編排任務(wù)。10.Java內(nèi)存模型中，主內(nèi)存是所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域，用于存儲(chǔ)_______。三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）1.請(qǐng)簡(jiǎn)述線程同步（Synchronization）在并發(fā)編程中的意義。什么是線程安全（ThreadSafety）？一個(gè)方法或類要成為線程安全，通常需要滿足哪些條件？2.請(qǐng)比較`volatile`關(guān)鍵字和`synchronized`關(guān)鍵字在實(shí)現(xiàn)線程同步方面的主要區(qū)別。在哪些場(chǎng)景下優(yōu)先選擇使用`volatile`？3.請(qǐng)簡(jiǎn)述`ConcurrentHashMap`是如何實(shí)現(xiàn)高并發(fā)性能的？（至少寫出兩種機(jī)制）四、編程題（共10分）請(qǐng)編寫一段Java代碼，使用`Collections.synchronizedList`創(chuàng)建一個(gè)線程安全的`List`對(duì)象，并提供一個(gè)方法`addAndPrint`，該方法向列表中添加一個(gè)整數(shù)，然后打印出列表中所有元素的總和。假設(shè)存在一個(gè)`printSum`方法用于打印總和，其簽名如下：`publicstaticvoidprintSum(intsum)`。試卷答案一、選擇題1.D解析：繼承`Thread`類和實(shí)現(xiàn)`Runnable`接口都是Java實(shí)現(xiàn)多線程的常用方式，實(shí)現(xiàn)`Callable`接口用于實(shí)現(xiàn)有返回值的線程。題目問的是主要方式，三者都屬于實(shí)現(xiàn)方式。2.D解析：線程生命周期包括新建、就緒、運(yùn)行、阻塞、終止等狀態(tài)，題目中列出的都是合法狀態(tài)。3.B解析：`synchronized`通過鎖機(jī)制保證了操作共享變量的原子性，通過JMM的內(nèi)存模型保證了變量的可見性。題目問的是內(nèi)存模型保證的結(jié)果。4.C解析：`volatile`的主要作用是確保變量修改的可見性，防止指令重排，但不保證原子性或同步。5.A解析：`synchronized`能保證復(fù)合操作（如讀-改-寫）的原子性，`volatile`只能保證單個(gè)變量的讀-寫操作的原子性。`volatile`不是輕量級(jí)鎖，`synchronized`可以保證方法級(jí)別同步。6.C解析：`wait()`和`notify()`/`notifyAll()`是Object類提供的方法，用于線程在對(duì)象監(jiān)視器上的等待和喚醒，可以實(shí)現(xiàn)精確的線程通知。7.C解析：`ThreadLocal`為每個(gè)線程提供了一個(gè)獨(dú)立的變量副本，避免變量在多個(gè)線程間共享導(dǎo)致的問題。8.D解析：`Lock`接口提供了嘗試鎖定（`tryLock`）、公平鎖設(shè)置、可中斷等待（`lockInterruptibly`）、綁定多個(gè)`Condition`等`synchronized`不具備的優(yōu)勢(shì)。9.D解析：`ArrayList`、`LinkedList`、`HashMap`都不是線程安全的，`Vector`是早期JDK提供的線程安全集合類。10.D解析：`ConcurrentHashMap`通過分段鎖（Segment）或CAS操作等方式，相比`Hashtable`的整個(gè)桶數(shù)組鎖，提高了并發(fā)性能和線程安全性，也支持快速失敗迭代器。11.C解析：`BlockingQueue`是經(jīng)典的并發(fā)工具，非常適合實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者-消費(fèi)者模式，用于線程間的任務(wù)或數(shù)據(jù)傳遞。12.B解析：根據(jù)`ThreadPoolExecutor`的默認(rèn)參數(shù)和任務(wù)隊(duì)列`LinkedBlockingQueue`的行為，當(dāng)核心線程數(shù)耗盡且任務(wù)隊(duì)列已滿時(shí)，新任務(wù)會(huì)直接創(chuàng)建新的線程（直到達(dá)到`maximumPoolSize`）。13.D解析：死鎖的產(chǎn)生需要四個(gè)條件：互斥、占有并等待、非搶占、循環(huán)等待。僅有互斥或資源循環(huán)等待不足以產(chǎn)生死鎖。14.B解析：`ForkJoinPool`的設(shè)計(jì)目標(biāo)是利用多核CPU，將可以分解的大任務(wù)拆分成小任務(wù)并行執(zhí)行，特別適合計(jì)算密集型且可以遞歸分解的任務(wù)。15.A解析：`CompletableFuture`的核心優(yōu)勢(shì)在于簡(jiǎn)化了Java的異步編程模型，使得異步操作的組合、編排和錯(cuò)誤處理更加方便。16.D解析：`ReentrantLock`是一個(gè)可重入的互斥鎖，可以配置為公平或非公平鎖，支持可中斷的鎖等待和超時(shí)獲取鎖，屬于重量級(jí)鎖（因?yàn)樗枰脩羰謩?dòng)獲取和釋放）。17.C解析：`CopyOnWriteArrayList`在每次修改操作（add,set,remove等）時(shí)，都會(huì)創(chuàng)建并重新發(fā)布一個(gè)新的數(shù)組副本給其他線程使用，從而保證線程安全。18.A解析：`notify()`方法喚醒在當(dāng)前對(duì)象監(jiān)視器上等待的任意一個(gè)線程（隨機(jī)選擇）。19.B解析：調(diào)用`wait()`方法會(huì)使線程釋放當(dāng)前持有的監(jiān)視器鎖，進(jìn)入等待狀態(tài)，等待其他線程調(diào)用該對(duì)象的`notify()`或`notifyAll()`方法。20.B解析：JMM將每個(gè)線程自己的工作內(nèi)存和所有線程共享的主內(nèi)存區(qū)分開。工作內(nèi)存存儲(chǔ)了線程的本地?cái)?shù)據(jù)副本，主內(nèi)存存儲(chǔ)了共享變量的原始值。二、填空題1.線程調(diào)度器2.可見性3.內(nèi)部4.副本5.tryLock6.put7.maximumPoolSize8.相同9.鏈?zhǔn)秸{(diào)用/組合10.全局共享變量三、簡(jiǎn)答題1.解析：線程同步的意義在于協(xié)調(diào)多個(gè)線程的執(zhí)行順序，防止它們因訪問共享資源而產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)條件（如數(shù)據(jù)不一致、死鎖等），確保程序的正確性。線程安全是指一個(gè)方法或類在多線程環(huán)境下能正確執(zhí)行，其行為符合預(yù)期，不會(huì)因?yàn)椴l(fā)執(zhí)行而產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)果。一個(gè)方法或類要成為線程安全，通常需要滿足：a.原子性：確保對(duì)共享資源的所有訪問是原子操作，不會(huì)被其他線程中斷。b.可見性：確保一個(gè)線程對(duì)共享變量的修改，能被其他線程及時(shí)看到。c.無狀態(tài)：盡量避免使用共享狀態(tài)，或者保護(hù)好共享狀態(tài)。d.線程封閉：限制對(duì)象的訪問范圍，僅在單線程內(nèi)使用（如使用`final`修飾成員變量，方法內(nèi)局部變量）。e.使用同步機(jī)制：在必要時(shí)使用`synchronized`、`volatile`、`Lock`等同步手段來保證線程安全。2.解析：`volatile`關(guān)鍵字和`synchronized`關(guān)鍵字都是用于實(shí)現(xiàn)線程同步的手段，但機(jī)制和語義不同：a.作用范圍：`volatile`修飾變量，作用于變量本身；`synchronized`修飾方法或代碼塊，作用于對(duì)象實(shí)例或類鎖。b.原子性：`volatile`只能保證單個(gè)讀/寫操作的原子性；`synchronized`能保證復(fù)合操作（讀-改-寫）的原子性。c.內(nèi)存可見性：`volatile`確保變量修改的可見性；`synchronized`不僅保證可見性，還通過鎖機(jī)制保證了進(jìn)入和退出同步塊時(shí)的內(nèi)存狀態(tài)同步。d.性能：`volatile`比`synchronized`輕量，開銷小。在哪些場(chǎng)景下優(yōu)先選擇使用`volatile`：-當(dāng)只需要保證變量的可見性，而不需要保證復(fù)合操作的原子性時(shí)。-用于狀態(tài)標(biāo)記（如`volatilebooleanrunning=true;`）。-作為`volatile`變量，在鎖方法或代碼塊內(nèi)部對(duì)其讀取或修改，以避免不必要的鎖競(jìng)爭(zhēng)（雙重檢查鎖定模式）。3.解析：`ConcurrentHashMap`實(shí)現(xiàn)高并發(fā)性能主要通過以下機(jī)制：a.分段鎖（Segment）：早期版本使用`Segment`數(shù)組，每個(gè)`Segment`內(nèi)部維護(hù)一個(gè)哈希表，相當(dāng)于一個(gè)小型的`Hashtable`。多個(gè)線程可以同時(shí)訪問不同`Segment`的數(shù)據(jù)，減少了鎖的競(jìng)爭(zhēng)，提高了并發(fā)性。（雖然現(xiàn)代JDK版本可能更側(cè)重CAS和Node鏈表結(jié)構(gòu)，但分段鎖是重要的高并發(fā)設(shè)計(jì)思想）。b.CAS操作（Compare-And-Swap）：在更新數(shù)據(jù)時(shí)，使用CAS原子地更新變量，避免使用鎖。對(duì)于一些基礎(chǔ)操作（如計(jì)數(shù)器、自增等），CAS提供了比鎖更輕量、更高效的方式。c.減少鎖的粒度：相比`Hashtable`鎖定整個(gè)哈希表，`ConcurrentHashMap`將鎖的粒度細(xì)化到`Segment`或更細(xì)的單元（如Node節(jié)點(diǎn)），允許多個(gè)操作并發(fā)進(jìn)行。四、編程題```javaimportjava.util.ArrayList;importjava.util.Collections;importjava.util.List;//假設(shè)存在此方法publicstaticvoidprintSum(intsum){System.out.println("Sumis:"+sum);}