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发表于 2019-08-26 15:24:39 | 查看: 5087| 回复: 0

java多线程和并发面试题(附答案)7~10题

java多线程和并发面试题(附答案)7~10题

7、多线程面试题

1.多线程的创建方式

(1)继承Thread类:但Thread本质上也是实现了Runnable接口的一个实例,它代表一个线程的实例,并且,启动线程的唯一方法就是通过Thread类的start()实例方法。start()方法是一个native方法,它将启动一个新线程,并执行run()方法。这种方式实现多线程很简单,通过自己的类直接extend Thread,并复写run()方法,就可以启动新线程并执行自己定义的run()方法。例如:继承Thread类实现多线程,并在合适的地方启动线程。

public class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        System.out.println("MyThread.run()");
    }
}
    MyThread myThread1 = new MyThread();
    MyThread myThread2 = new MyThread(); 
    myThread1.start();
    myThread2.start();

(2)实现Runnable接口的方式实现多线程,并且实例化Thread,传入自己的Thread实例,调用run()方法。

public class MyThread implements Runnable {
    public void run() {
        System.out.println("MyThread.run()");
    }

}
    MyThread myThread = new MyThread();
    Thread thread = new Thread(myThread);
    thread.start();

(3)使用ExecutorService、Callable、Future实现有返回结果的多线程:ExecutorService、Callable、Future这个对象实际上都是属于Executor框架中的功能类。返回结果的线程是在JDK1.5中引入的新特征,确实很实用,有了这种特征我就不需要再为了得到返回值而大费周折了,而且即便实现了也可能漏洞百出。可返回值的任务必须实现Callable接口,类似的,无返回值的任务必须实现Runnable接口。执行Callable任务后,可以获取一个Future的对象,在该对象上调用get就可以获取到Callable任务返回的Object了,再结合线程池接口ExecutorService就可以实现有返回结果的多线程了。下面提供了一个完整的有返回结果的多线程测试例子,在JDK1.5下验证过没问题可以直接使用。代码如下:

import java.util.concurrent.*;
import java.util.Date;
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;

public class Test {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException{
        System.out.println("----程序开始运行----");
        Date date1 = new Date();

        int taskSize = 5;
        // 创建一个线程池
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);
        // 创建多个有返回值的任务
        List<Future> list = new ArrayList<Future>();
        for (int i = 0; i < taskSize; i++) {
            Callable c = new MyCallable(i + " ");
            // 执行任务并获取 Future 对象
            Future f = pool.submit(c);
            // System.out.println(">>>" + f.get().toString());
            list.add(f);
        }
        // 关闭线程池
        pool.shutdown();

        // 获取所有并发任务的运行结果
        for (Future f : list) {
            // 从 Future 对象上获取任务的返回值,并输出到控制台
            System.out.println(">>>" + f.get().toString());
        }
        Date date2 = new Date();
        System.out.println("----程序结束运行----,程序运行时间【" + (date2.getTime() - date1.getTime()) + "毫秒】");
    }
}

class MyCallable implements Callable<Object> {
    private String taskNum;

    MyCallable(String taskNum) {
        this.taskNum = taskNum;
    }

    public Object call() throws Exception {
        System.out.println(">>>" + taskNum + "任务启动");
        Date dateTmp1 = new Date();
        Thread.sleep(1000);
        Date dateTmp2 = new Date();
        long time = dateTmp2.getTime() - dateTmp1.getTime();
        System.out.println(">>>" + taskNum + "任务终止");
        return taskNum + "任务返回运行结果,当前任务时间【" + time + "毫秒】";
    }

}

2.在java中wait和sleep方法的不同?

最大的不同是在等待时wait会释放锁,而sleep一直持有锁。wait通常被用于线程间交互,sleep通常被用于暂停执行。

3.synchronized和volatile关键字的作用?

一旦一个共享变量(类的成员变量、类的静态成员变量)被volatile修饰之后,那么就具备了两层语义:

  • 保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性,即一个线程修改了某个变量的值,这新值对其他线程来说是立即可见的。
  • 禁止进行指令重排序。
  • volatile本质是在告诉jvm当前变量在寄存器(工作内存)中的值是不确定的,需要从主存中读取;synchronized则是锁定当前变量,只有当前线程可以访问该变量,其他线程被阻塞住。
  • volatile仅能使用在变量级别;synchronized则可以使用在变量、方法、和类级别的。
  • volatile仅能实现变量的修改可见性,并不能保证原子性;synchronized则可以保证变量的修改可见性和原子性。
  • volatile不会造成线程的阻塞;synchronized可能会造成线程的阻塞。

volatile标记的变量不会被编译器优化;synchronized标记的变量可以被编译器优化。

4.分析线程并发访问代码解释原因?

public class Counter {
    private volatile int count = 0;
    public void inc() {
        try {
            Thread.sleep(3);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        count++;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "[count=" + count + "]";
    }
}

public class VolatileTest {
    public static void main(String[] args) {
        final Counter counter = new Counter();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    counter.inc();
                }
            }).start();
        }
        System.out.println(counter);
    }
}

上面的代码执行完后输出的结果确定为1000吗?答案是不一定,或者不等于 1000。你知道这是为什么吗?

在java的内存模型中每一个线程运行时都有一个线程栈,线程栈保存了线程运行时候变量值信息。当线程访问某一个对象时候值的时候,首先通过对象的引用找到对应在堆内存的变量的值,然后把堆内存变量的具体值load到线程本地内存中,建立一个变量副本,之后线程就不再和对象在堆内存变量值有任何关系,而是直接修改副本变量的值,在修改完之后的某一个时刻(线程退出之前),自动把线程变量副本的值回写到对象在堆中变量。这样在堆中的对象的值就产生变化了。

也就是说上面主函数中开启了1000个子线程,每个线程都有一个变量副本,每个线程修改变量只是临时修改了自己的副本,当线程结束时再将修改的值写入在主内存中,这样就出现了线程安全问题。因此结果就不可能等于1000了,一般都会小于1000。

上面的解释用一张图表示如下:

java多线程和并发面试题(附答案)7~10题_www.wityx.com

5.什么是线程池,如何使用?

线程池就是事先将多个线程对象放到一个容器中,当使用的时候就不用new线程而是直接去池中拿线程即可,节省了开辟子线程的时间,提高的代码执行效率。在JDK的java.util.concurrent.Executors中提供了生成多种线程池的静态方法。

ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
ExecutorService newFixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(4);
ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(4);
ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();

然后调用他们的 execute 方法即可。

6.常用的线程池有哪些?

  • newSingleThreadExecutor:创建一个单线程的线程池,此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。
  • newFixedThreadPool:创建固定大小的线程池,每次提交一个任务就创建一个线程,直到线程达到线程池的最大大小。
  • newCachedThreadPool:创建一个可缓存的线程池,此线程池不会对线程池大小做限制,线程池大小完全依赖于操作系统(或者说JVM)能够创建的最大线程大小。
  • newScheduledThreadPool:创建一个大小无限的线程池,此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。
  • newSingleThreadExecutor:创建一个单线程的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

7. 请叙述一下您对线程池的理解?

(如果问到了这样的问题,可以展开的说一下线程池如何用、线程池的好处、线程池的启动策略)合理利用线程池能够带来三个好处。

第一:降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。

第二:提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。

第三:提高线程的可管理性。线程是稀缺资源,如果无限制的创建,不仅会消耗系统资源,还会降低系统的稳定性,使用线程池可以进行统一的分配,调优和监控。

8.线程池的启动策略?

(1)线程池刚创建时,里面没有一个线程。任务队列是作为参数传进来的。不过,就算队列里面有任务,线程池也不会马上执行它们。

(2)当调用execute()方法添加一个任务时,线程池会做如下判断:

  1. 如果正在运行的线程数量小于corePoolSize,那么马上创建线程运行这个任务;
  2. 如果正在运行的线程数量大于或等于corePoolSize,那么将这个任务放入队列;
  3. 如果这时候队列满了,而且正在运行的线程数量小于maximumPoolSize,那么还是要创建线程运行这个任务;
  4. 如果队列满了,而且正在运行的线程数量大于或等于maximumPoolSize,那么线程池会抛出异常,告诉调用者“我不能再接受任务了”。

(3)当一个线程完成任务时,它会从队列中取下一个任务来执行。

java多线程和并发面试题(附答案)7~10题_www.wityx.com

(4)当一个线程无事可做,超过一定的时间(keepAliveTime)时,线程池会判断,如果当前运行的线程数大于corePoolSize,那么这个线程就被停掉。所以线程池的所有任务完成后,它最终会收缩到corePoolSize的大小。

9.如何控制某个方法允许并发访问线程的个数?

1.package com.wityx;
2.
3.import java.util.concurrent.Semaphore;
4. /**
5. *
6. * @author dujubin
7. *
8. */
9. public class SemaphoreTest {
10./*
11.* permits the initial number of permits available. This value may be negative,
12.in which case releases must occur before any acquires will be granted.
13.fair true if this semaphore will guarantee first-in first-out granting of
14.permits under contention, else false 
15. */
16.     static Semaphore semaphore = new Semaphore(5,true);
17.     public static void main(String[] args) {
18.         for (int i = 0; i < 100; i++) {
19.             new Thread(new Runnable()
20.             {
21.                 @Override
22.                 public void run () {
23.                     test();
24.                 }
25.             }).start();
26.         }
27.
28.     }
29.
30.     public static void test() {
31.         try {
32.         //申请一个请求
33.         semaphore.acquire();
34.         } catch (InterruptedException e1) {
35.             e1.printStackTrace();
36.         }
37.             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进来了");
38.         try {
39.             Thread.sleep(1000);
40.         } catch (InterruptedException e) {
41.             e.printStackTrace();
42.         }
43.             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "走了");
44.         //释放一个请求
45.         semaphore.release();
46.     }
47.}

可以使用Semaphore控制,第16行的构造函数创建了一个Semaphore对象,并且初始化了5个信号。这样的效果是控件test方法最多只能有5个线程并发访问,对于5个线程时就排队等待,走一个来一下。第33行,请求一个信号(消费一个信号),如果信号被用完了则等待,第45行释放一个信号,释放的信号新的线程就可以使用了。

10.三个线程a、b、c并发运行,b,c需要a线程的数据怎么实现?

根据问题的描述,我将问题用以下代码演示,ThreadA、ThreadB、ThreadC,ThreadA用于初始化数据num,只有当num初始化完成之后再让ThreadB和ThreadC获取到初始化后的变量num。分析过程如下:

考虑到多线程的不确定性,因此我们不能确保ThreadA就一定先于ThreadB和ThreadC前执行,就算ThreadA先执行了,我们也无法保证ThreadA什么时候才能将变量num给初始化完成。因此我们必须让ThreadB和ThreadC去等待ThreadA完成任何后发出的消息。

现在需要解决两个难题,一是让ThreadB和ThreadC等待ThreadA先执行完,二是ThreadA执行完之后给ThreadB和ThreadC发送消息。

解决上面的难题我能想到的两种方案,一是使用纯Java API的Semaphore类来控制线程的等待和释放,二是使用Android提供的Handler消息机制。

解决方案一:

1. package com.wityx;
2. /**
3. * 三个线程 a、b、c 并发运行,b,c 需要 a 线程的数据怎么实现
4. *
5. */
6.public class ThreadCommunication {
7.      private static int num;//定义一个变量作为数据8.
9.      public static void main(String[] args) {
10.
11.            Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
12.
13.            @Override
14.            public void run() {
15.                 try {
16.                     //模拟耗时操作之后初始化变量 num
17.                     Thread.sleep(1000);
18.                     num = 1;
19.
20.                 } catch (InterruptedException e) {
21.                     e.printStackTrace();
22.                 }
23.            }
24.            });
25.            Thread threadB = new Thread(new Runnable() { 
26.
27.            @Override
28.            public void run() {
29.            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取到 num 的值为:"+num);
30.            }
31.            });
32.            Thread threadC = new Thread(new Runnable() { 
33.
34.            @Override
35.            public void run() {
36.            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取到 num 的值为:"+num);
37.            }
38.            });
39.             //同时开启 3 个线程
40.             threadA.start();
41.             threadB.start();
42.             threadC.start();
43.
44.       }
45. } 
46.

解决方案二:

ublic class ThreadCommunication {
    private static int num;
    /**
     * 定义一个信号量,该类内部维持了多个线程锁,可以阻塞多个线程,释放多个线程,
     * 线程的阻塞和释放是通过 permit 概念来实现的
     * 线程通过 semaphore.acquire()方法获取 permit,如果当前 semaphore 有 permit 则分配给该线程,
     * 如果没有则阻塞该线程直到 semaphore
     * 调用 release()方法释放 permit。
     * 构造函数中参数:permit(允许) 个数,
     */
    private static Semaphore semaphore = new Semaphore(0);

    public static void main(String[] args) {

        Thread threadA = new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                try {
                    //模拟耗时操作之后初始化变量 num
                    Thread.sleep(1000);
                    num = 1;
                    //初始化完参数后释放两个 permit
                    semaphore.release(2);

                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        Thread threadB = new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                try {
                    //获取 permit,如果 semaphore 没有可用的 permit 则等待,如果有则消耗一个
                    semaphore.acquire();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取到 num 的值为:" + num);
            }
        });
        Thread threadC = new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                try {
                    //获取 permit,如果 semaphore 没有可用的 permit 则等待,如果有则消耗一个
                    semaphore.acquire();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取到 num 的值为:" + num);
            }
        });
        //同时开启 3 个线程
        threadA.start();
        threadB.start();
        threadC.start();

    }
}


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