Java面试知识点解析-09 —— 高并发编程-JUC 包

借参加过的多场Java开发面试,应聘岗位均为Java开发方向,在不断的面试中,又仔细对Java知识点进行复习和总结,也算是重新学习一下Java吧。

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在 Java 5.0 提供了 java.util.concurrent(简称 JUC )包,在此包中增加了在并发编程中很常用的实用工具类,用于定义类似于线程的自定义子系统,包括线程池、异步 IO 和轻量级任务框架。

1)sleep( ) 和 wait( n)、wait( ) 的区别:

sleep 方法: 是 Thread 类的静态方法,当前线程将睡眠 n 毫秒,线程进入阻塞状态。当睡眠时间到了,会解除阻塞,进行可运行状态,等待 CPU 的到来。睡眠不释放锁(如果有的话);

wait 方法: 是 Object 的方法,必须与 synchronized 关键字一起使用,线程进入阻塞状态,当 notify 或者 notifyall 被调用后,会解除阻塞。但是,只有重新占用互斥锁之后才会进入可运行状态。睡眠时,释放互斥锁。

2)synchronized 关键字:

答:底层实现:

  1. 进入时,执行 monitorenter,将计数器 +1,释放锁 monitorexit 时,计数器-1;
  2. 当一个线程判断到计数器为 0 时,则当前锁空闲,可以占用;反之,当前线程进入等待状态。

含义:(monitor 机制)

Synchronized 是在加锁,加对象锁。对象锁是一种重量锁(monitor),synchronized 的锁机制会根据线程竞争情况在运行时会有偏向锁(单一线程)、轻量锁(多个线程访问 synchronized 区域)、对象锁(重量锁,多个线程存在竞争的情况)、自旋锁等。

该关键字是一个几种锁的封装。

3)volatile 关键字:

答:该关键字可以保证可见性不保证原子性。

功能:

  • 主内存和工作内存,直接与主内存产生交互,进行读写操作,保证可见性;
  • 禁止 JVM 进行的指令重排序。

解析:关于指令重排序的问题,可以查阅 DCL 双检锁失效相关资料。

4)volatile 能使得一个非原子操作变成原子操作吗?

答:能。

一个典型的例子是在类中有一个 long 类型的成员变量。如果你知道该成员变量会被多个线程访问,如计数器、价格等,你最好是将其设置为 volatile。为什么?因为 Java 中读取 long 类型变量不是原子的,需要分成两步,如果一个线程正在修改该 long 变量的值,另一个线程可能只能看到该值的一半(前 32 位)。但是对一个 volatile 型的 long 或 double 变量的读写是原子。

面试官:volatile 修饰符的有过什么实践?

  • 一种实践是用 volatile 修饰 long 和 double 变量,使其能按原子类型来读写。double 和 long 都是64位宽,因此对这两种类型的读是分为两部分的,第一次读取第一个 32 位,然后再读剩下的 32 位,这个过程不是原子的,但 Java 中 volatile 型的 long 或 double 变量的读写是原子的。

  • volatile 修复符的另一个作用是提供内存屏障(memory barrier),例如在分布式框架中的应用。简单的说,就是当你写一个 volatile 变量之前,Java 内存模型会插入一个写屏障(write barrier),读一个 volatile 变量之前,会插入一个读屏障(read barrier)。意思就是说,在你写一个 volatile 域时,能保证任何线程都能看到你写的值,同时,在写之前,也能保证任何数值的更新对所有线程是可见的,因为内存屏障会将其他所有写的值更新到缓存。

5)ThreadLocal(线程局部变量)关键字:

答:当使用 ThreadLocal 维护变量时,其为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本,所以每一个线程都可以独立的改变自己的副本,而不会影响其他线程对应的副本。

ThreadLocal 内部实现机制:

  • 每个线程内部都会维护一个类似 HashMap 的对象,称为 ThreadLocalMap,里边会包含若干了 Entry(K-V 键值对),相应的线程被称为这些 Entry 的属主线程;

  • Entry 的 Key 是一个 ThreadLocal 实例,Value 是一个线程特有对象。Entry 的作用即是:为其属主线程建立起一个 ThreadLocal 实例与一个线程特有对象之间的对应关系;

  • Entry 对 Key 的引用是弱引用;Entry 对 Value 的引用是强引用。

在这里插入图片描述

6)线程池有了解吗?(必考)

答:java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor 类就是一个线程池。客户端调用 ThreadPoolExecutor.submit(Runnable task) 提交任务,线程池内部维护的工作者线程的数量就是该线程池的线程池大小,有 3 种形态:

  • 当前线程池大小 :表示线程池中实际工作者线程的数量;
  • 最大线程池大小 (maxinumPoolSize):表示线程池中允许存在的工作者线程的数量上限;
  • 核心线程大小 (corePoolSize ):表示一个不大于最大线程池大小的工作者线程数量上限。
    • 如果运行的线程少于 corePoolSize,则 Executor 始终首选添加新的线程,而不进行排队;

    • 如果运行的线程等于或者多于 corePoolSize,则 Executor 始终首选将请求加入队列,而不是添加新线程;

    • 如果无法将请求加入队列,即队列已经满了,则创建新的线程,除非创建此线程超出 maxinumPoolSize, 在这种情况下,任务将被拒绝。

面试官:我们为什么要使用线程池?

答:

  • 减少创建和销毁线程的次数,每个工作线程都可以被重复利用,可执行多个任务。

  • 可以根据系统的承受能力,调整线程池中工作线程的数目,放置因为消耗过多的内存,而把服务器累趴下(每个线程大约需要 1 MB 内存,线程开的越多,消耗的内存也就越大,最后死机)

面试官:核心线程池内部实现了解吗?

答:对于核心的几个线程池,无论是 newFixedThreadPool() 方法,newSingleThreadExecutor() 还是 newCachedThreadPool() 方法,虽然看起来创建的线程有着完全不同的功能特点,但其实内部实现均使用了 ThreadPoolExecutor 实现,其实都只是 ThreadPoolExecutor 类的封装。

为何 ThreadPoolExecutor 有如此强大的功能呢?我们可以来看一下 ThreadPoolExecutor 最重要的构造函数:

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler)

函数的参数含义如下:

corePoolSize:指定了线程池中的线程数量
maximumPoolSize:指定了线程池中的最大线程数量
keepAliveTime:当线程池线程数量超过 corePoolSize 时,多余的空闲线程的存活时间。即,超过了 corePoolSize 的空闲线程,在多长时间内,会被销毁。
unit: keepAliveTime 的单位。
workQueue:任务队列,被提交但尚未被执行的任务。
threadFactory:线程工厂,用于创建线程,一般用默认的即可。
handler:拒绝策略。当任务太多来不及处理,如何拒绝任务。

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