红姐单双报

你好,歡迎來到js代碼網。

微信登錄

首頁>編程語言> 最新整理史上最強并發編程44題(含答案):ReentrantLock+線程池+同步+線程鎖

最新整理史上最強并發編程44題(含答案):ReentrantLock+線程池+同步+線程鎖

  • 分類:編程語言
  • 時間:11-24
  • 閱讀:1292


1、并發編程三要素?

1)原子性

原子性指的是一個或者多個操作,要么全部執行并且在執行的過程中不被其他操作打斷,要么就全部都不執行。

2)可見性

可見性指多個線程操作一個共享變量時,其中一個線程對變量進行修改后,其他線程可以立即看到修改的結果。

實現可見性的方法:

synchronized或者Lock:保證同一個時刻只有一個線程獲取鎖執行代碼,鎖釋放之前把最新的值刷新到主內存,實現可見性。

3)有序性

有序性,即程序的執行順序按照代碼的先后順序來執行。

2、多線程的價值?

1)發揮多核CPU的優勢

多線程,可以真正發揮出多核CPU的優勢來,達到充分利用CPU的目的,采用多線程的方式去同時完成幾件事情而不互相干擾。

2)防止阻塞

從程序運行效率的角度來看,單核CPU不但不會發揮出多線程的優勢,反而會因為在單核CPU上運行多線程導致線程上下文的切換,而降低程序整體的效率。但是單核CPU我們還是要應用多線程,就是為了防止阻塞。試想,如果單核CPU使用單線程,那么只要這個線程阻塞了,比方說遠程讀取某個數據吧,對端遲遲未返回又沒有設置超時時間,那么你的整個程序在數據返回回來之前就停止運行了。多線程可以防止這個問題,多條線程同時運行,哪怕一條線程的代碼執行讀取數據阻塞,也不會影響其它任務的執行。

3)便于建模

這是另外一個沒有這么明顯的優點了。假設有一個大的任務A,單線程編程,那么就要考慮很多,建立整個程序模型比較麻煩。但是如果把這個大的任務A分解成幾個小任務,任務B、任務C、任務D,分別建立程序模型,并通過多線程分別運行這幾個任務,那就簡單很多了。

3、創建線程的有哪些方式?

1)繼承Thread類創建線程類

2)通過Runnable接口創建線程類

3)通過Callable和Future創建線程

4.創建線程的三種方式的對比?

1)采用實現Runnable、Callable接口的方式創建多線程。

優勢是:

線程類只是實現了Runnable接口或Callable接口,還可以繼承其他類。

在這種方式下,多個線程可以共享同一個target對象,所以非常適合多個相同線程來處理同一份資源的情況,從而可以將CPU、代碼和數據分開,形成清晰的模型,較好地體現了面向對象的思想。

劣勢是:

編程稍微復雜,如果要訪問當前線程,則必須使用Thread.currentThread()方法。

2)使用繼承Thread類的方式創建多線程

優勢是:

編寫簡單,如果需要訪問當前線程,則無需使用Thread.currentThread()方法,直接使用this即可獲得當前線程。

劣勢是:

線程類已經繼承了Thread類,所以不能再繼承其他父類。

3)Runnable和Callable的區別

Callable規定(重寫)的方法是call(),Runnable規定(重寫)的方法是run()。
Callable的任務執行后可返回值,而Runnable的任務是不能返回值的。
Call方法可以拋出異常,run方法不可以。
運行Callable任務可以拿到一個Future對象,表示異步計算的結果。它提供了檢查計算是否完成的方法,以等待計算的完成,并檢索計算的結果。通過Future對象可以了解任務執行情況,可取消任務的執行,還可獲取執行結果。

5、線程的狀態流轉圖

線程的生命周期及五種基本狀態:




Java線程具有五種基本狀態

1)新建狀態(New):當線程對象對創建后,即進入了新建狀態,如:Thread t = new MyThread();

2)就緒狀態(Runnable):當調用線程對象的start()方法(t.start();),線程即進入就緒狀態。處于就緒狀態的線程,只是說明此線程已經做好了準備,隨時等待CPU調度執行,并不是說執行了t.start()此線程立即就會執行;

3)運行狀態(Running):當CPU開始調度處于就緒狀態的線程時,此時線程才得以真正執行,即進入到運行狀態。注:就 緒狀態是進入到運行狀態的唯一入口,也就是說,線程要想進入運行狀態執行,首先必須處于就緒狀態中;

4)阻塞狀態(Blocked):處于運行狀態中的線程由于某種原因,暫時放棄對CPU的使用權,停止執行,此時進入阻塞狀態,直到其進入到就緒狀態,才 有機會再次被CPU調用以進入到運行狀態。根據阻塞產生的原因不同,阻塞狀態又可以分為三種:

1.等待阻塞:運行狀態中的線程執行wait()方法,使本線程進入到等待阻塞狀態;

2.同步阻塞 -- 線程在獲取synchronized同步鎖失敗(因為鎖被其它線程所占用),它會進入同步阻塞狀態;

3.其他阻塞 -- 通過調用線程的sleep()或join()或發出了I/O請求時,線程會進入到阻塞狀態。當sleep()狀態超時、join()等待線程終止或者超時、或者I/O處理完畢時,線程重新轉入就緒狀態。

5)死亡狀態(Dead):線程執行完了或者因異常退出了run()方法,該線程結束生命周期。

6.什么是線程池? 有哪幾種創建方式?

線程池就是提前創建若干個線程,如果有任務需要處理,線程池里的線程就會處理任務,處理完之后線程并不會被銷毀,而是等待下一個任務。由于創建和銷毀線程都是消耗系統資源的,所以當你想要頻繁的創建和銷毀線程的時候就可以考慮使用線程池來提升系統的性能。

java 提供了一個 java.util.concurrent.Executor接口的實現用于創建線程池。

四種線程池的創建:

(1)newCachedThreadPool創建一個可緩存線程池

(2)newFixedThreadPool 創建一個定長線程池,可控制線程最大并發數。

(3)newScheduledThreadPool 創建一個定長線程池,支持定時及周期性任務執行。

(4)newSingleThreadExecutor 創建一個單線程化的線程池,它只會用唯一的工作線程來執行任務。

7.線程池的優點?

1)重用存在的線程,減少對象創建銷毀的開銷。

2)可有效的控制最大并發線程數,提高系統資源的使用率,同時避免過多資源競爭,避免堵塞。

3)提供定時執行、定期執行、單線程、并發數控制等功能。

8.Java中的同步集合與并發集合有什么區別?

同步集合類:

Vector
Stack
HashTable
Collections.synchronized方法生成
并發集合類:

ConcurrentHashMap
CopyOnWriteArrayList
CopyOnWriteArraySet等


9.同步集合與并發集合的區別

同步集合與并發集合都為多線程和并發提供了合適的線程安全的集合,不過并發集合的可擴展性更高。同步集合比并發集合會慢得多,主要原因是鎖,同步集合會對整個May或List加鎖,而并發集合例如ConcurrentHashMap, 把整個Map 劃分成幾個片段,只對相關的幾個片段上鎖,同時允許多線程訪問其他未上鎖的片段(JDK1.8版本底層加入了紅黑樹)。

10.Java常用的并發工具類有哪些?

CountDownLatch
CyclicBarrier
Semaphore
Exchanger


11.CyclicBarrier和CountDownLatch的應用場景?

CountDownLatch : 一個線程(或者多個), 等待另外N個線程完成某個事情之后才能執行。 CyclicBarrier : N個線程相互等待,任何一個線程完成之前,所有的線程都必須等待。

CountDownLatch的使用場景:

在一些應用場合中,需要等待某個條件達到要求后才能做后面的事情;同時當線程都完成后也會觸發事件,以便進行后面的操作, 這個時候就可以使用CountDownLatch。

CyclicBarrier 使用場景

CyclicBarrier可以用于多線程計算數據,最后合并計算結果的應用場景。

12.CyclicBarrier和CountDownLatch的區別

1)CountDownLatch簡單的說就是一個線程等待,直到他所等待的其他線程都執行完成并且調用countDown()方法發出通知后,當前線程才可以繼續執行。

2)cyclicBarrier是所有線程都進行等待,直到所有線程都準備好進入await()方法之后,所有線程同時開始執行!

3)CountDownLatch的計數器只能使用一次。而CyclicBarrier的計數器可以使用reset() 方法重置。所以CyclicBarrier能處理更為復雜的業務場景,比如如果計算發生錯誤,可以重置計數器,并讓線程們重新執行一次。

4)CyclicBarrier還提供其他有用的方法,比如getNumberWaiting方法可以獲得CyclicBarrier阻塞的線程數量。isBroken方法用來知道阻塞的線程是否被中斷。如果被中斷返回true,否則返回false。

13.synchronized的作用?

在Java中,synchronized關鍵字是用來控制線程同步的,就是在多線程的環境下,控制synchronized代碼段不被多個線程同時執行。

synchronized既可以加在一段代碼上,也可以加在方法上。

14.volatile關鍵字的作用

對于可見性,Java提供了volatile關鍵字來保證可見性。

當一個共享變量被volatile修飾時,它會保證修改的值會立即被更新到主存,當有其他線程需要讀取時,它會去內存中讀取新值。

從實踐角度而言,volatile的一個重要作用就是和CAS結合,保證了原子性,詳細的可以參見java.util.concurrent.atomic包下的類,比如AtomicInteger。

15.什么是CAS

CAS是compare and swap的縮寫,即我們所說的比較交換。

cas是一種基于鎖的操作,而且是樂觀鎖。在java中鎖分為樂觀鎖和悲觀鎖。悲觀鎖是將資源鎖住,等一個之前獲得鎖的線程釋放鎖之后,下一個線程才可以訪問。而樂觀鎖采取了一種寬泛的態度,通過某種方式不加鎖來處理資源,比如通過給記錄加version來獲取數據,性能較悲觀鎖有很大的提高。

CAS 操作包含三個操作數 —— 內存位置(V)、預期原值(A)和新值(B)。如果內存地址里面的值和A的值是一樣的,那么就將內存里面的值更新成B。CAS是通過無限循環來獲取數據的,若果在第一輪循環中,a線程獲取地址里面的值被b線程修改了,那么a線程需要自旋,到下次循環才有可能機會執行。

java.util.concurrent.atomic 包下的類大多是使用CAS操作來實現的( AtomicInteger,AtomicBoolean,AtomicLong)。

16. CAS的問題

1)CAS容易造成ABA問題。一個線程a將數值改成了b,接著又改成了a,此時CAS認為是沒有變化,其實是已經變化過了,而這個問題的解決方案可以使用版本號標識,每操作一次version加1。在java5中,已經提供了AtomicStampedReference來解決問題。

2) 不能保證代碼塊的原子性

CAS機制所保證的知識一個變量的原子性操作,而不能保證整個代碼塊的原子性。比如需要保證3個變量共同進行原子性的更新,就不得不使用synchronized了。

3)CAS造成CPU利用率增加。之前說過了CAS里面是一個循環判斷的過程,如果線程一直沒有獲取到狀態,cpu資源會一直被占用。

17.什么是Future?

在并發編程中,我們經常用到非阻塞的模型,在之前的多線程的三種實現中,不管是繼承thread類還是實現runnable接口,都無法保證獲取到之前的執行結果。通過實現Callback接口,并用Future可以來接收多線程的執行結果。

Future表示一個可能還沒有完成的異步任務的結果,針對這個結果可以添加Callback以便在任務執行成功或失敗后作出相應的操作。

18.什么是AQS

AQS是AbustactQueuedSynchronizer的簡稱,它是一個Java提高的底層同步工具類,用一個int類型的變量表示同步狀態,并提供了一系列的CAS操作來管理這個同步狀態。

AQS是一個用來構建鎖和同步器的框架,使用AQS能簡單且高效地構造出應用廣泛的大量的同步器,比如我們提到的ReentrantLock,Semaphore,其他的諸如ReentrantReadWriteLock,SynchronousQueue,FutureTask等等皆是基于AQS的。

AQS支持兩種同步方式:

1.獨占式

2.共享式

這樣方便使用者實現不同類型的同步組件,獨占式如ReentrantLock,共享式如Semaphore,CountDownLatch,組合式的如ReentrantReadWriteLock。總之,AQS為使用提供了底層支撐,如何組裝實現,使用者可以自由發揮。

19.ReadWriteLock是什么

首先明確一下,不是說ReentrantLock不好,只是ReentrantLock某些時候有局限。如果使用ReentrantLock,可能本身是為了防止線程A在寫數據、線程B在讀數據造成的數據不一致,但這樣,如果線程C在讀數據、線程D也在讀數據,讀數據是不會改變數據的,沒有必要加鎖,但是還是加鎖了,降低了程序的性能。

因為這個,才誕生了讀寫鎖ReadWriteLock。ReadWriteLock是一個讀寫鎖接口,ReentrantReadWriteLock是ReadWriteLock接口的一個具體實現,實現了讀寫的分離,讀鎖是共享的,寫鎖是獨占的,讀和讀之間不會互斥,讀和寫、寫和讀、寫和寫之間才會互斥,提升了讀寫的性能。

20.FutureTask是什么

這個其實前面有提到過,FutureTask表示一個異步運算的任務。FutureTask里面可以傳入一個Callable的具體實現類,可以對這個異步運算的任務的結果進行等待獲取、判斷是否已經完成、取消任務等操作。當然,由于FutureTask也是Runnable接口的實現類,所以FutureTask也可以放入線程池中。

21.synchronized和ReentrantLock的區別

synchronized是和if、else、for、while一樣的關鍵字,ReentrantLock是類,這是二者的本質區別。既然ReentrantLock是類,那么它就提供了比synchronized更多更靈活的特性,可以被繼承、可以有方法、可以有各種各樣的類變量,ReentrantLock比synchronized的擴展性體現在幾點上:

(1)ReentrantLock可以對獲取鎖的等待時間進行設置,這樣就避免了死鎖

(2)ReentrantLock可以獲取各種鎖的信息

(3)ReentrantLock可以靈活地實現多路通知

另外,二者的鎖機制其實也是不一樣的。ReentrantLock底層調用的是Unsafe的park方法加鎖,synchronized操作的應該是對象頭中mark word,這點我不能確定。

22.什么是樂觀鎖和悲觀鎖

(1)樂觀鎖:就像它的名字一樣,對于并發間操作產生的線程安全問題持樂觀狀態,樂觀鎖認為競爭不總是會發生,因此它不需要持有鎖,將比較-替換這兩個動作作為一個原子操作嘗試去修改內存中的變量,如果失敗則表示發生沖突,那么就應該有相應的重試邏輯。

(2)悲觀鎖:還是像它的名字一樣,對于并發間操作產生的線程安全問題持悲觀狀態,悲觀鎖認為競爭總是會發生,因此每次對某資源進行操作時,都會持有一個獨占的鎖,就像synchronized,不管三七二十一,直接上了鎖就操作資源了。

23.線程B怎么知道線程A修改了變量

volatile修飾變量
synchronized修飾修改變量的方法
wait/notify
while輪詢


24.synchronized、volatile、CAS比較

synchronized是悲觀鎖,屬于搶占式,會引起其他線程阻塞。
volatile提供多線程共享變量可見性和禁止指令重排序優化。
CAS是基于沖突檢測的樂觀鎖(非阻塞)


25.sleep方法和wait方法有什么區別?

這個問題常問,sleep方法和wait方法都可以用來放棄CPU一定的時間,不同點在于如果線程持有某個對象的監視器,sleep方法不會放棄這個對象的監視器,wait方法會放棄這個對象的監視器

26.ThreadLocal是什么?有什么用?

ThreadLocal是一個本地線程副本變量工具類。主要用于將私有線程和該線程存放的副本對象做一個映射,各個線程之間的變量互不干擾,在高并發場景下,可以實現無狀態的調用,特別適用于各個線程依賴不通的變量值完成操作的場景。

簡單說ThreadLocal就是一種以空間換時間的做法,在每個Thread里面維護了一個以開地址法實現的ThreadLocal.ThreadLocalMap,把數據進行隔離,數據不共享,自然就沒有線程安全方面的問題了。

27.為什么wait()方法和notify()/notifyAll()方法要在同步塊中被調用

這是JDK強制的,wait()方法和notify()/notifyAll()方法在調用前都必須先獲得對象的鎖

28.多線程同步有哪幾種方法?

Synchronized關鍵字,Lock鎖實現,分布式鎖等。

29.線程的調度策略

線程調度器選擇優先級最高的線程運行,但是,如果發生以下情況,就會終止線程的運行:

(1)線程體中調用了yield方法讓出了對cpu的占用權利

(2)線程體中調用了sleep方法使線程進入睡眠狀態

(3)線程由于IO操作受到阻塞

(4)另外一個更高優先級線程出現

(5)在支持時間片的系統中,該線程的時間片用完

30.ConcurrentHashMap的并發度是什么

ConcurrentHashMap的并發度就是segment的大小,默認為16,這意味著最多同時可以有16條線程操作ConcurrentHashMap,這也是ConcurrentHashMap對Hashtable的最大優勢,任何情況下,Hashtable能同時有兩條線程獲取Hashtable中的數據嗎?

31.Java死鎖以及如何避免?

Java中的死鎖是一種編程情況,其中兩個或多個線程被永久阻塞,Java死鎖情況出現至少兩個線程和兩個或更多資源。

Java發生死鎖的根本原因是:在申請鎖時發生了交叉閉環申請。

死鎖的原因

1)是多個線程涉及到多個鎖,這些鎖存在著交叉,所以可能會導致了一個鎖依賴的閉環。

例如:線程在獲得了鎖A并且沒有釋放的情況下去申請鎖B,這時,另一個線程已經獲得了鎖B,在釋放鎖B之前又要先獲得鎖A,因此閉環發生,陷入死鎖循環。

2)默認的鎖申請操作是阻塞的。

所以要避免死鎖,就要在一遇到多個對象鎖交叉的情況,就要仔細審查這幾個對象的類中的所有方法,是否存在著導致鎖依賴的環路的可能性。 總之是盡量避免在一個同步方法中調用其它對象的延時方法和同步方法。

32.怎么喚醒一個阻塞的線程

如果線程是因為調用了wait()、sleep()或者join()方法而導致的阻塞,可以中斷線程,并且通過拋出InterruptedException來喚醒它;如果線程遇到了IO阻塞,無能為力,因為IO是操作系統實現的,Java代碼并沒有辦法直接接觸到操作系統。

33.不可變對象對多線程有什么幫助

前面有提到過的一個問題,不可變對象保證了對象的內存可見性,對不可變對象的讀取不需要進行額外的同步手段,提升了代碼執行效率。

34.什么是多線程的上下文切換

多線程的上下文切換是指CPU控制權由一個已經正在運行的線程切換到另外一個就緒并等待獲取CPU執行權的線程的過程。

35.如果你提交任務時,線程池隊列已滿,這時會發生什么

這里區分一下:

如果使用的是無界隊列LinkedBlockingQueue,也就是無界隊列的話,沒關系,繼續添加任務到阻塞隊列中等待執行,因為LinkedBlockingQueue可以近乎認為是一個無窮大的隊列,可以無限存放任務
如果使用的是有界隊列比如ArrayBlockingQueue,任務首先會被添加到ArrayBlockingQueue中,ArrayBlockingQueue滿了,會根據maximumPoolSize的值增加線程數量,如果增加了線程數量還是處理不過來,ArrayBlockingQueue繼續滿,那么則會使用拒絕策略RejectedExecutionHandler處理滿了的任務,默認是AbortPolicy

36.Java中用到的線程調度算法是什么

搶占式。一個線程用完CPU之后,操作系統會根據線程優先級、線程饑餓情況等數據算出一個總的優先級并分配下一個時間片給某個線程執行。

37.什么是線程調度器(Thread Scheduler)和時間分片(Time Slicing)?

線程調度器是一個操作系統服務,它負責為Runnable狀態的線程分配CPU時間。一旦我們創建一個線程并啟動它,它的執行便依賴于線程調度器的實現。時間分片是指將可用的CPU時間分配給可用的Runnable線程的過程。分配CPU時間可以基于線程優先級或者線程等待的時間。線程調度并不受到Java虛擬機控制,所以由應用程序來控制它是更好的選擇(也就是說不要讓你的程序依賴于線程的優先級)。

38.Java Concurrency API中的Lock接口(Lock interface)是什么?對比同步它有什么優勢?

Lock接口比同步方法和同步塊提供了更具擴展性的鎖操作。他們允許更靈活的結構,可以具有完全不同的性質,并且可以支持多個相關類的條件對象。

它的優勢有:

可以使鎖更公平
可以使線程在等待鎖的時候響應中斷
可以讓線程嘗試獲取鎖,并在無法獲取鎖的時候立即返回或者等待一段時間
可以在不同的范圍,以不同的順序獲取和釋放鎖


39.單例模式的線程安全性

老生常談的問題了,首先要說的是單例模式的線程安全意味著:某個類的實例在多線程環境下只會被創建一次出來。單例模式有很多種的寫法,我總結一下:

(1)餓漢式單例模式的寫法:線程安全

(2)懶漢式單例模式的寫法:非線程安全

(3)雙檢鎖單例模式的寫法:線程安全

40.Semaphore有什么作用

Semaphore就是一個信號量,它的作用是限制某段代碼塊的并發數。Semaphore有一個構造函數,可以傳入一個int型整數n,表示某段代碼最多只有n個線程可以訪問,如果超出了n,那么請等待,等到某個線程執行完畢這段代碼塊,下一個線程再進入。由此可以看出如果Semaphore構造函數中傳入的int型整數n=1,相當于變成了一個synchronized了。

41.Executors類是什么?

Executors為Executor,ExecutorService,ScheduledExecutorService,ThreadFactory和Callable類提供了一些工具方法。

Executors可以用于方便的創建線程池

42.線程類的構造方法、靜態塊是被哪個線程調用的

這是一個非常刁鉆和狡猾的問題。請記住:線程類的構造方法、靜態塊是被new這個線程類所在的線程所調用的,而run方法里面的代碼才是被線程自身所調用的。

如果說上面的說法讓你感到困惑,那么我舉個例子,假設Thread2中new了Thread1,main函數中new了Thread2,那么:

(1)Thread2的構造方法、靜態塊是main線程調用的,Thread2的run()方法是Thread2自己調用的

(2)Thread1的構造方法、靜態塊是Thread2調用的,Thread1的run()方法是Thread1自己調用的

43.同步方法和同步塊,哪個是更好的選擇

同步塊,這意味著同步塊之外的代碼是異步執行的,這比同步整個方法更提升代碼的效率。請知道一條原則:同步的范圍越小越好。

44.Java線程數過多會造成什么異常?

1)線程的生命周期開銷非常高

2)消耗過多的CPU資源

如果可運行的線程數量多于可用處理器的數量,那么有線程將會被閑置。大量空閑的線程會占用許多內存,給垃圾回收器帶來壓力,而且大量的線程在競爭CPU資源時還將產生其他性能的開銷。

3)降低穩定性

JVM在可創建線程的數量上存在一個限制,這個限制值將隨著平臺的不同而不同,并且承受著多個因素制約,包括JVM的啟動參數、Thread構造函數中請求棧的大小,以及底層操作系統對線程的限制等。如果破壞了這些限制,那么可能拋出OutOfMemoryError異常。

相關文章

红姐单双报 河南22选5走势图表 痣缘宫赚钱吗 捕鱼游戏机打码器的作用 猜单双技巧 免费湖南麻将 华佗古皂真的赚钱 澳洲幸运10开奖网址 开心彩票注册送50元 群英会开奖走势图 黑龙江快乐10分开奖 天津福彩快乐十分软件下载 AG鬼马小丑攻略 全民欢乐捕鱼官网充值 扑克麻将价格 pk10计划全天手机版 pc蛋蛋投注计划软件