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【多线程与高并发】这可能是最全的多线程面试题了(2)

简介: 【多线程与高并发】这可能是最全的多线程面试题了
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10.简单描述一下ABA问题?


有两个线程同时去修改一个变量的值,比如线程1、线程2,都更新变量值,将变量值从A更新成B。

首先线程1、获取到CPU的时间片,线程2由于某些原因发生阻塞进行等待,此时线程1进行比较更新(CompareAndSwap),成功将变量的值从A更新成B。

更新完毕之后,恰好又有线程3进来想要把变量的值从B更新成A,线程3进行比较更新,成功将变量的值从B更新成A。 4. 线程2获取到CPU的时间片,然后进行比较更新,发现值是预期的A,然后有更新成了B。但是线程1并不知道,该值已经有了

A->B->A这个过程,这也就是我们常说的ABA问题。

可以通过加版本号或者加时间戳解决,或者保证单向递增或者递减就不会存在此类问题。

11.实现一下DCL?

public class Singleton {
    //volatile是防止指令重排
    private static volatile Singleton singleton; 
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        //第一层判断singleton是不是为null
        // 如果不为null直接返回,这样就不必加锁了
        if (singleton == null) {
            //现在再加锁
            synchronized (Singleton.class) {
                //第二层判断
                //如果A,B两个线程都在synchronized等待
                //A创建完对象之后,B还会再进入,如果不再检查一遍,B又会创建一个对象
                if (singleton == null) { 
                    singleton = new Singleton(); 
                } 
            } 
        }
        return singleton;
    }
}

12.实现一个阻塞队列(用Condition写生产者与消费者就)?

public class ProviderConsumer<T> {
    private int length;
    private Queue<T> queue;
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private Condition provideCondition = lock.newCondition();
    private Condition consumeCondition = lock.newCondition();
    public ProviderConsumer(int length){
        this.length = length;
        this.queue = new LinkedList<T>();
    }
    public void provide(T product){
        lock.lock();
        try {
            while (queue.size() >= length) {
                provideCondition.await();
            }
         queue.add(product);
        consumeCondition.signal();
    } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public T consume() {
        lock.lock();
        try {
            while (queue.isEmpty()) {
                consumeCondition.await();
            }
        T product = queue.remove();
            provideCondition.signal();
            return product;
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock(); 
        }
        return null; 
    } 
}
       

13.实现多个线程顺序打印abc?

public class PrintABC {
    ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    Condition conditionA = lock.newCondition();
    Condition conditionB = lock.newCondition();
    Condition conditionC = lock.newCondition();
    volatile int value = 0;
    //打印多少遍
    private int count;
    public PrintABC (int count) {
        this.count = count;
    }
    public void printABC() {
        new Thread(new ThreadA()).start();
        new Thread(new ThreadB()).start();
        new Thread(new ThreadC()).start();
    }
    class ThreadA implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            lock.lock();
            try {
                for (int i = 0; i < count; i++) {
                    while (value % 3 != 0) {
                        conditionA.await();
                    }
                    System.out.print("A");
                    conditionB.signal(); value ++;
                }
           } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
    class ThreadB implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            lock.lock();
            try {
                for (int i = 0; i < count; i++) { 
                    while (value % 3 != 1) { 
                        conditionB.await(); }
                    System.out.print("B"); 
                    conditionC.signal(); value ++; 
                } 
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace(); 
            } finally { 
                lock.unlock(); 
            } 
        } 
    }
    class ThreadC implements Runnable{ 
        @Override 
        public void run() { 
            lock.lock(); 
            try {
                for (int i = 0; i < count; i++) { 
                    while ( value % 3 != 2) { 
                        conditionC.await(); 
                    }
                    System.out.println("C"); 
                    conditionA.signal(); 
                    value ++; 
                }
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace(); 
            } finally { 
                lock.unlock(); 
            } 
        } 
    }
    public static void main(String[] args) { 
        PrintABC printABC = new PrintABC(15); printABC.printABC(); 
    } 
}

14.服务器CPU数量及线程池线程数量的关系?


首先确认业务是CPU密集型还是IO密集型的,

如果是CPU密集型的,那么就应该尽量少的线程数量,一般为CPU的核数+1;

如果是IO密集型:所以可多分配一点 cpu核数*2 也可以使用公式:CPU 核数 / (1 - 阻塞系数);其中阻塞系数 在 0.8 ~ 0.9 之间。


15.多线程之间是如何通信的?


1、通过共享变量,变量需要volatile 修饰

2、使用wait()和notifyAll()方法,但是由于需要使用同一把锁,所以必须通知线程释放锁,被通知线程才能获取到锁,这样导致通知不及时。

3、使用CountDownLatch实现,通知线程到指定条件,调用countDownLatch.countDown(),被通知线程进行countDownLatch.await()。

4、使用Condition的await()和signalAll()方法。


16.synchronized关键字加在静态方法和实例方法的区别?


修饰静态方法,是对类进行加锁,如果该类中有methodA 和methodB都是被synchronized修饰的静态方法,此时有两个线程T1、T2分别调用methodA()和methodB(),则T2会阻塞等待直到T1执行完成之后才能执行。

修饰实例方法时,是对实例进行加锁,锁的是实例对象的对象头,如果调用同一个对象的两个不同的被synchronized修饰的实例方法时,看到的效果和上面的一样,如果调用不同对象的两个不同的被synchronized修饰的实例方法时,则不会阻塞。


17.countdownlatch的用法?


两种用法:

1、让主线程await,业务线程进行业务处理,处理完成时调用countdownLatch.countDown(),CountDownLatch实例化的时候需要根据业务去选择CountDownLatch的count;

2、让业务线程await,主线程处理完数据之后进行countdownLatch.countDown(),此时业务线程被唤醒,然后去主线程拿数据,或者执行自己的业务逻辑。

18.线程池问题:


(1)Executor提供了几种线程池


1、newCachedThreadPool()(工作队列使用的是 SynchronousQueue)

创建一个线程池,如果线程池中的线程数量过大,它可以有效的回收多余的线程,如果线程数不足,那么它可 以创建新的线程。

不足:这种方式虽然可以根据业务场景自动的扩展线程数来处理我们的业务,但是最多需要多少个线程同时处 理却是我们无法控制的。

优点:如果当第二个任务开始,第一个任务已经执行结束,那么第二个任务会复用第一个任务创建的线程,并 不会重新创建新的线程,提高了线程的复用率。

作用:该方法返回一个可以根据实际情况调整线程池中线程的数量的线程池。即该线程池中的线程数量不确 定,是根据实际情况动态调整的。

2、newFixedThreadPool()(工作队列使用的是 LinkedBlockingQueue)

这种方式可以指定线程池中的线程数。如果满了后又来了新任务,此时只能排队等待。

优点:newFixedThreadPool 的线程数是可以进行控制的,因此我们可以通过控制最大线程来使我们的服务 器达到最大的使用率,同时又可以保证即使流量突然增大也不会占用服务器过多的资源。

作用:该方法返回一个固定线程数量的线程池,该线程池中的线程数量始终不变,即不会再创建新的线程,也 不会销毁已经创建好的线程,自始自终都是那几个固定的线程在工作,所以该线程池可以控制线程的最大并发数

3、newScheduledThreadPool()

该线程池支持定时,以及周期性的任务执行,我们可以延迟任务的执行时间,也可以设置一个周期性的时间让 任务重复执行。该线程池中有以下两种延迟的方法。

scheduleAtFixedRate 不同的地方是任务的执行时间,如果间隔时间大于任务的执行时间,任务不受执行 时间的影响。如果间隔时间小于任务的执行时间,那么任务执行结束之后,会立马执行,至此间隔时间就会被 打乱。

scheduleWithFixedDelay 的间隔时间不会受任务执行时间长短的影响。

作用:该方法返回一个可以控制线程池内线程定时或周期性执行某任务的线程池。

4、newSingleThreadExecutor()

这是一个单线程池,至始至终都由一个线程来执行。

作用:该方法返回一个只有一个线程的线程池,即每次只能执行一个线程任务,多余的任务会保存到一个任务 队列中,等待这一个线程空闲,当这个线程空闲了再按 FIFO 方式顺序执行任务队列中的任务。

5、newSingleThreadScheduledExecutor()

只有一个线程,用来调度任务在指定时间执行。

作用:该方法返回一个可以控制线程池内线程定时或周期性执行某任务的线程池。只不过和上面的区别是该线 程池大小为 1,而上面的可以指定线程池的大小。

(2)线程池的参数


int corePoolSize,//线程池核心线程大小

int maximumPoolSize,//线程池最大线程数量

long keepAliveTime,//空闲线程存活时间

TimeUnit unit,//空闲线程存活时间单位,一共有七种静态属性(TimeUnit.DAYS天,TimeUnit.HOURS 小时,TimeUnit.MINUTES分钟,TimeUnit.SECONDS秒,TimeUnit.MILLISECONDS毫 秒,TimeUnit.MICROSECONDS微妙,TimeUnit.NANOSECONDS纳秒)

BlockingQueue workQueue,//工作队列

ThreadFactory threadFactory,//线程工厂,主要用来创建线程(默认的工厂方法是: Executors.defaultThreadFactory()对线程进行安全检查并命名)

RejectedExecutionHandler handler//拒绝策略(默认是:ThreadPoolExecutor.AbortPolicy不 执行并抛出异常)

(3)拒绝策略


当工作队列中的任务已到达最大限制,并且线程池中的线程数量也达到最大限制,这时如果有新任务提交进 来,就会执行拒绝策略。

jdk中提供了4中拒绝策略:

①ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy:该策略下,在调用者线程中直接执行被拒绝任务的 run 方法,除非线程池已经 shutdown,则直接抛弃任 务。

②ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:该策略下,直接丢弃任务,并抛出 RejectedExecutionException 异常。

③ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy:该策略下,直接丢弃任务,什么都不做。

④ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy:该策略下,抛弃进入队列最早的那个任务,然后尝试把这次拒绝的任务放入队列。

除此之外,还可以根据应用场景需要来实现 RejectedExecutionHandler 接口自定义策略。

(4)任务放置的顺序过程


任务调度是线程池的主要入口,当用户提交了一个任务,接下来这个任务将如何执行都是由这个阶段决定的。 了解这部分就相当于了解了线程池的核心运行机制。

首先,所有任务的调度都是由execute方法完成的,这部分完成的工作是:检查现在线程池的运行状态、运行 线程数、运行策略,决定接下来执行的流程,是直接申请线程执行,或是缓冲到队列中执行,亦或是直接拒绝 该任务。其执行过程如下:

首先检测线程池运行状态,如果不是RUNNING,则直接拒绝,线程池要保证在RUNNING的状态下执行任务。

如果workerCount < corePoolSize,则创建并启动一个线程来执行新提交的任务。

如果workerCount >= corePoolSize,且线程池内的阻塞队列未满,则将任务添加到该阻塞队列中。

如果workerCount >= corePoolSize && workerCount < maximumPoolSize,且线程池内的阻塞队 列已满,则创建并启动一个线程来执行新提交的任务。

如果workerCount >= maximumPoolSize,并且线程池内的阻塞队列已满, 则根据拒绝策略来处理该任 务, 默认的处理方式是直接抛异常。

其执行流程如下图所示:

image.png

(5)任务结束后会不会回收线程

根据情况:/java/util/concurrent/ThreadPoolExecutor.java:1127

 final void runWorker(Worker w) {
        Thread wt = Thread.currentThread();
        Runnable task = w.firstTask;
        w.firstTask = null;
        w.unlock(); // allow interrupts
        boolean completedAbruptly = true;
        try {
            while (task != null || (task = getTask()) != null) {
                w.lock();
               if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
                     (Thread.interrupted() &&
                      runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                    !wt.isInterrupted())
                    wt.interrupt();
                try {
                    beforeExecute(wt, task);
                    Throwable thrown = null;
                    try {
                        task.run();
                    } catch (RuntimeException x) {
                        thrown = x; throw x;
                    } catch (Error x) {
                        thrown = x; throw x;
                    } catch (Throwable x) {
                        thrown = x; throw new Error(x);
                    } finally {
                        afterExecute(task, thrown);
                    }
                } finally {
                    task = null;
                    w.completedTasks++;
                    w.unlock();
                }
            }
            completedAbruptly = false;
        } finally {
            processWorkerExit(w, completedAbruptly);
        }
    }

首先线程池内的线程都被包装成了一个个的java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.Worker,然 后这个worker会马不停蹄的执行任务,执行完任务之后就会在while循环中去取任务,取到任务就继续执行,取 不到任务就跳出while循环(这个时候worker就不能再执行任务了)执行 processWorkerExit方法,这个方 法呢就是做清场处理,将当前woker线程从线程池中移除,并且判断是否是异常进入processWorkerExit方 法,如果是非异常情况,就对当前线程池状态(RUNNING,shutdown)和当前工作线程数和当前任务数做判断,是 否要加入一个新的线程去完成最后的任务.

那么什么时候会退出while循环呢?取不到任务的时候.下面看一下getTask方法

private Runnable getTask() {
        boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?

        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            int rs = runStateOf(c);

            // Check if queue empty only if necessary.
            if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
                decrementWorkerCount();
                return null;
            }

            int wc = workerCountOf(c);

            // Are workers subject to culling?
            boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;

            if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
                && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
                if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
                    return null;
                continue;
            }

            try {
                Runnable r = timed ?
                    workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
                    workQueue.take();
                if (r != null)
                    return r;
                timedOut = true;
            } catch (InterruptedException retry) {
                timedOut = false;
            }
        }
    }

(6)未使用的线程池中的线程放在哪里


private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();


(7)线程池线程存在哪


private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();


19.Java多线程的几种状态及线程各个状态之间是如何切换的?


运行状态 状态描述

RUNNING 能接受新提交的任务,并且也能处理阻塞队列中的任务

SHUTDOWN 关闭状态,不再接受新提交的任务.但却可以继续处理阻塞队列中已经保存的任务

STOP 不能接收新任务,也不处理队列中的任务,会中断正在处理的线程

TIDYING 所有的任务已经终止,wokerCount = 0

TERMINATED 在terminated()方法执行后进入此状态

image.png


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