【Java实习生面试题系列】-- 多线程篇四

• Day3，第四篇
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1. 说下对同步器 AQS 的理解？

Java 中的大部分同步类（Lock、Semaphore、ReentrantLock等）都是基于 AbstractQueuedSynchronizer（简称为 AQS）实现的。 AQS 是一种提供了原子式管理同步状态、阻塞和唤醒线程功能以及队列模型的简单框架。

在 AQS 中的锁类型有两种：分别是 「Exclusive(独占锁)] 和 [Share(共享锁)」。

「独占锁」就是「每次都只有一个线程运行」，例如 ReentrantLock。

「共享锁」就是「同时可以多个线程运行」，如 Semaphore、CountDownLatch、ReentrantReadWriteLock 。

2. AQS 的原理是什么？

AQS 核心思想是，如果被请求的共享资源空闲，那么就将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，将共享资源设置为锁定状态；如果共享资源被占用，则调用 LockSupport().park()方法将Node中的线程状态改为WAITING，等待被唤醒或被中断 ，就需要一定的阻塞等待唤醒机制来保证锁分配。这个机制主要用的是 CLH 队列的变体实现的，将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。

CLH：Craig、Landin and Hagersten队列，是单向链表，AQS中的队列是CLH变体的虚拟双向队列（FIFO）， AQS 是通过将每条请求共享资源的线程封装成一个节点来实现锁的分配。

主要原理图如下：

• AQS 使用一个 Volatile 的 int 类型的成员变量来表示同步状态，通过内置的FIFO队列来完成资源获取的排队工作，通过 CAS 完成对 State 值的修改。

• 在 FIFO 队列中，「头节点占有锁」，也就是头节点才是锁的持有者，尾指针指向队列的最后一个等待线程节点，除了头节点和尾节点，节点之间都有 「前驱指针」 和 「后继指针」

• 在 AQS 中维护了一个 「共享变量state」，标识当前的资源是否被线程持有，多线程竞争的时候，会去判断 state 是否为 0 ，尝试的去把 state 修改为 1

3. AQS 底层使用了模板方法模式，你能说出几个需要重写的方法吗？

• 独占方式尝试获取资源的方法 tryAcquire
• 独占方式尝试释放资源的方法 tryRelease
• 共享方式尝试获取资源的方法 tryAcquireShared
• 共享方式尝试释放资源的方法 tryReleaseShared

4. 说下对 Semaphore、CountDownLatch 和 CyclicBarrier 的理解？

• Semaphore(信号量)-允许多个线程同时访问： synchronized 和 ReentrantLock 都是一次只允许一个线程访问某个资源，Semaphore(信号量)可以指定多个线程同时访问某个资源。
• CountDownLatch （倒计时器）： CountDownLatch 是一个同步工具类，用来协调多个线程之间的同步。这个工具通常用来控制线程等待，它可以让某一个线程等待直到倒计时结束，再开始执行。
• CyclicBarrier(循环栅栏)： CyclicBarrier 和 CountDownLatch 非常类似，它也可以实现线程间的技术等待，但是它的功能比 CountDownLatch 更加复杂和强大。主要应用场景和 CountDownLatch 类似。 CyclicBarrier 的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续干活。 CyclicBarrier 默认的构造方法是 CyclicBarrier (int parties)，其参数表示屏障拦截的线程数量，每个线程调用 await 方法告诉 CyclicBarrier 我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。

5. 说下对线程池的理解？为什么要使用线程池？

线程池提供了一种限制和管理资源（包括执行一个任务）。 每个线程池还维护一些基本统计信息，例如已完成任务的数量。

使用线程池的好处：

• 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。
• 提高响应速度: 当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
• 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。

6. 创建线程池的参数有哪些？

• corePoolSize ： 核心线程大小。线程池一直运行，核心线程就不会停止。
• maximumPoolSize ：线程池最大线程数量。非核心线程数量=maximumPoolSize-corePoolSize
• keepAliveTime ：非核心线程的心跳时间。如果非核心线程在keepAliveTime内没有运行任务，非核心线程会消亡。
• workQueue ：阻塞队列。ArrayBlockingQueue，LinkedBlockingQueue等，用来存放线程任务。
• defaultHandler ：饱和策略。ThreadPoolExecutor类中一共有4种饱和策略。通过实现 RejectedExecutionHandler 接口。
  • AbortPolicy ： 线程任务丢弃报错。默认饱和策略。
  • DiscardPolicy ： 线程任务直接丢弃不报错。
  • DiscardOldestPolicy ： 将workQueue队首任务丢弃，将最新线程任务重新加入队列执行。
  • CallerRunsPolicy ：线程池之外的线程直接调用run方法执行。
• ThreadFactory ：线程工厂。新建线程工厂。

7. 如何合理配置线程池参数？

自定义线程池就需要我们自己配置最大线程数 maximumPoolSize ，为了高效的并发运行，这时需要看我们的业务是 IO密集型还是CPU密集型。

• CPU密集型

CPU密集的意思是该任务需要最大的运算，而没有阻塞，CPU一直全速运行。CPU密集任务只有在真正的多核CPU上才能得到加速(通过多线程)。而在单核CPU上，无论你开几个模拟的多线程该任务都不可能得到加速，因为CPU总的运算能力就那么多。

• IO密集型

IO密集型，即该任务需要大量的IO，即大量的阻塞。在单线程上运行IO密集型的任务会导致大量的CPU运算能力浪费在等待。所以在IO密集型任务中使用多线程可以大大的加速程序运行，即使在单核CPU上这种加速主要就是利用了被浪费掉的阻塞时间。

IO 密集型时，大部分线程都阻塞，故需要多配制线程数。公式为：

CPU核数*2
CPU核数/(1-阻塞系数) 阻塞系数在0.8~0.9之间
查看CPU核数：
System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());

当以上都不适用时，选用动态化线程池，看美团技术团队的实践

8. 执行 execute() 方法和 submit() 方法的区别是什么呢？

• execute() 方法用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断任务是否被线程池执行成功与否；

• submit()方法用于提交需要返回值的任务。线程池会返回一个future类型的对象，通过这个future对象可以判断任务是否执行成功，并且可以通过future的 get() 方法来获取返回值，get()方法会阻塞当前线程直到任务完成，而使用 get（long timeout，TimeUnit unit） 方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回，这时候有可能任务没有执行完。

9. 说下对 Fork和Join 并行计算框架的理解？

Fork/Join 框架是 Java7 提供的一个用于并行执行任务的框架，是一个把大任务分割成若干个小任务，最终汇总每个小任务结果后得到大任务结果的框架。

Fork/Join 框架需要理解两个点，「分而治之」和「工作窃取算法」。

「分而治之」

以上 Fork/Join 框架的定义，就是分而治之思想的体现啦

「工作窃取算法」

把大任务拆分成小任务，放到不同队列执行，交由不同的线程分别执行时。有的线程优先把自己负责的任务执行完了，其他线程还在慢慢悠悠处理自己的任务，这时候为了充分提高效率，就需要工作盗窃算法啦~

今天的面试题就总结这么一些吧，总结面试题也花费了我不少时间，所以说总结不易，如果你感觉对你有帮助的话，请你三连支持，后面的文章会一点点更新。祝大家 offer 连连！！！