Java中有關(guān)并發(fā)編程面試題的示例分析

這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)Java中有關(guān)并發(fā)編程面試題的示例分析，小編覺得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

面試題1：你了解線程池么？簡(jiǎn)單介紹一下。

java提供的一個(gè)java.util.concurrent.Executor接口的實(shí)現(xiàn)用于創(chuàng)建線程池。

線程池是一種多線程處理形式，處理過(guò)程中將任務(wù)提交到線程池，任務(wù)的執(zhí)行交由線程池來(lái)管理。如果每個(gè)請(qǐng)求都創(chuàng)建一個(gè)線程去處理，那么服務(wù)器的資源很快就會(huì)被耗盡，使用線程池可以減少創(chuàng)建和銷毀線程的次數(shù)，每個(gè)工作線程都可以被重復(fù)利用，可執(zhí)行多個(gè)任務(wù)。

假設(shè)一個(gè)服務(wù)器完成一項(xiàng)任務(wù)，創(chuàng)建線程時(shí)間T1 ，在線程中執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間T2，銷毀線程時(shí)間為T3。如果：T1 + T3 遠(yuǎn)大于 T2，則可以采用線程池，大大縮短T1、T3時(shí)間，以提高服務(wù)器性能。

一個(gè)線程池包括以下四個(gè)基本組成部分： 

1.線程池管理器（ThreadPool）：用于創(chuàng)建并管理線程池，包括 創(chuàng)建線程池，銷毀線程池，添加新任務(wù)；

2.工作線程（PoolWorker）：線程池中線程，在沒(méi)有任務(wù)時(shí)處于等待狀態(tài)，可以循環(huán)的執(zhí)行任務(wù)；

3.任務(wù)接口（Task）：每個(gè)任務(wù)必須實(shí)現(xiàn)的接口，以供工作線程調(diào)度任務(wù)的執(zhí)行，它主要規(guī)定了任務(wù)的入口，任務(wù)執(zhí)行完后的收尾工作，任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)等；

4.任務(wù)隊(duì)列（taskQueue）：用于存放沒(méi)有處理的任務(wù)。提供一種緩沖機(jī)制。

當(dāng)線程池中有任務(wù)需要執(zhí)行時(shí)，線程池會(huì)判斷如果池里的線程數(shù)沒(méi)有占滿就會(huì)新建線程池進(jìn)行任務(wù)執(zhí)行，如果線程池中的線程數(shù)量已經(jīng)超過(guò)核心線程數(shù)，這時(shí)候任務(wù)就會(huì)被放入任務(wù)隊(duì)列中排隊(duì)等待執(zhí)行；如果任務(wù)隊(duì)列也滿了，并且線程池沒(méi)有達(dá)到最大線程數(shù)，就會(huì)新建非核心線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)；如果超過(guò)了最大線程數(shù)，就會(huì)執(zhí)行飽和策略（拒絕執(zhí)行）。

追問(wèn)1：連接池 和 線程池是一個(gè)意思么？有什么區(qū)別？

不同點(diǎn)

連接池：

• 連接池是面向數(shù)據(jù)庫(kù)連接的

• 連接池是為了優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)連接資源

• 連接池有點(diǎn)類似在客戶端做優(yōu)化

數(shù)據(jù)庫(kù)連接是一項(xiàng)有限的昂貴資源，一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接對(duì)象均對(duì)應(yīng)一個(gè)物理數(shù)據(jù)庫(kù)連接，每次操作都打開一個(gè)物理連接，使用完都關(guān)閉連接，這樣造成系統(tǒng)的性能低下。

數(shù)據(jù)庫(kù)連接池的解決方案是在應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)建立足夠的數(shù)據(jù)庫(kù)連接，并將這些連接組成一個(gè)連接池，由應(yīng)用程序動(dòng)態(tài)地對(duì)池中的連接進(jìn)行申請(qǐng)、使用和釋放。對(duì)于多于連接池中連接數(shù)的并發(fā)請(qǐng)求，應(yīng)該在請(qǐng)求隊(duì)列中排隊(duì)等待。并且應(yīng)用程序可以根據(jù)池中連接的使用率，動(dòng)態(tài)增加或減少池中的連接數(shù)。

線程池：

• 線程池是面向后臺(tái)程序的

• 線程池是是為了提高內(nèi)存和CPU效率

• 線程池有點(diǎn)類似于在服務(wù)端做優(yōu)化

線程池是一次性創(chuàng)建一定數(shù)量的線程（應(yīng)該可以配置初始線程數(shù)量的），當(dāng)用請(qǐng)求過(guò)來(lái)不用去創(chuàng)建新的線程，直接使用已創(chuàng)建的線程，使用后又放回到線程池中。

避免了頻繁創(chuàng)建線程，及銷毀線程的系統(tǒng)開銷，提高是內(nèi)存和CPU效率。

相同點(diǎn)

都是事先準(zhǔn)備好資源，避免頻繁創(chuàng)建和銷毀的代價(jià)。

面試題2：線程池中核心線程數(shù)量大小你是怎么設(shè)置的？

分析一般從幾個(gè)角度考慮：

• 任務(wù)的性質(zhì)：CPU密集型的任務(wù)、IO密集型任務(wù)、混合型任務(wù)。

• 任務(wù)的優(yōu)先級(jí)：高、中、低

• 任務(wù)執(zhí)行時(shí)間：長(zhǎng)、中、短

• 任務(wù)的依賴性：是否依賴其它系統(tǒng)資源，如數(shù)據(jù)庫(kù)的連接等。

cpu密集型

盡量減少線程數(shù)；比如像加解密，壓縮、計(jì)算等一系列需要大量耗費(fèi) CPU 資源的任務(wù)，大部分場(chǎng)景下都是純 CPU 計(jì)算。盡量使用較小的線程池，一般為CPU核心數(shù)+1。因?yàn)镃PU密集型任務(wù)使得CPU使用率很高，若開過(guò)多的線程數(shù)，會(huì)造成CPU過(guò)度切換。

IO密集型

任務(wù)盡量加大線程數(shù)，因?yàn)閕o不占用cpu的資源。比如像 MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)、文件的讀寫、網(wǎng)絡(luò)通信等任務(wù)，這類任務(wù)不會(huì)特別消耗 CPU 資源，但是 IO 操作比較耗時(shí)，會(huì)占用比較多時(shí)間?？梢允褂蒙源蟮木€程池，一般為CPU核心數(shù) * 2。IO密集型任務(wù)CPU使用率并不高，因此可以讓CPU在等待IO的時(shí)候有其他線程去處理別的任務(wù)，充分利用CPU時(shí)間。

混合型

盡量根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行拆分，根據(jù)運(yùn)行時(shí)間來(lái)決定。

可見，線程的平均工作時(shí)間所占比例越高，就需要越少的線程；線程的平均等待時(shí)間所占比例越高，就需要越多的線程；

追問(wèn)1：核心線程數(shù)量過(guò)大或過(guò)小會(huì)造成什么后果？

當(dāng)線程池中核心線程數(shù)量過(guò)大時(shí)，線程與線程之間會(huì)爭(zhēng)取CPU資源，這樣就會(huì)導(dǎo)致上下文切換。過(guò)多的上下文切換會(huì)增加線程的執(zhí)行時(shí)間，影響了整體執(zhí)行的效率；

多線程編程中一般線程的個(gè)數(shù)都大于CPU核心的個(gè)數(shù)，而一個(gè)CPU核心在任意時(shí)刻只能被一個(gè)線程使用，為了讓這些線程都能得到有效的執(zhí)行，CPU采取的策略是為了每個(gè)線程分配時(shí)間片并輪轉(zhuǎn)的形式。當(dāng)一個(gè)線程的時(shí)間片用完的時(shí)候就會(huì)重新處于就緒狀態(tài)讓其他線程使用，這個(gè)過(guò)程就屬于一次上下文切換。

當(dāng)線程池中的核心線程數(shù)量過(guò)少時(shí)，如果統(tǒng)一時(shí)間有大量任務(wù)需要處理，可能會(huì)導(dǎo)致大量任務(wù)在任務(wù)隊(duì)列中排隊(duì)等待執(zhí)行，甚至?xí)霈F(xiàn)隊(duì)列滿了之后任務(wù)無(wú)法執(zhí)行的情況，或者大量任務(wù)堆積在任務(wù)隊(duì)列導(dǎo)致內(nèi)存溢出（OOM）。

面試題3：線程池都有哪些狀態(tài)呀？

線程池的5種狀態(tài)：Running、ShutDown、Stop、Tidying、Terminated。

• RUNNING：線程池的初始化狀態(tài)是RUNNING，能夠接收新任務(wù)，以及對(duì)已添加的任務(wù)進(jìn)行處理。

• SHUTDOWN：線程池處在SHUTDOWN狀態(tài)時(shí)，不接收新任務(wù)，但能處理已添加的任務(wù)。 調(diào)用線程池的shutdown()接口時(shí)，線程池由RUNNING -> SHUTDOWN。

• STOP：線程池處在STOP狀態(tài)時(shí)，不接收新任務(wù)，不處理已添加的任務(wù)，并且會(huì)中斷正在處理的任務(wù)。 調(diào)用線程池的shutdownNow()接口時(shí)，線程池由(RUNNING or SHUTDOWN ) -> STOP。

• TIDYING：當(dāng)所有的任務(wù)已終止，ctl記錄的”任務(wù)數(shù)量”為0，線程池會(huì)變?yōu)門IDYING狀態(tài)。當(dāng)線程池變?yōu)門IDYING狀態(tài)時(shí)，會(huì)執(zhí)行鉤子函數(shù)terminated()。terminated()在ThreadPoolExecutor類中是空的，若用戶想在線程池變?yōu)門IDYING時(shí)，進(jìn)行相應(yīng)的處理；可以通過(guò)重載terminated()函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

• TERMINATED：線程池徹底終止，就變成TERMINATED狀態(tài)。線程池處在TIDYING狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行完terminated()之后，就會(huì)由 TIDYING -> TERMINATED。

??當(dāng)線程池在SHUTDOWN狀態(tài)下，阻塞隊(duì)列為空并且線程池中執(zhí)行的任務(wù)也為空時(shí)，就會(huì)由 SHUTDOWN -> TIDYING。 當(dāng)線程池在STOP狀態(tài)下，線程池中執(zhí)行的任務(wù)為空時(shí)，就會(huì)由STOP -> TIDYING。

追問(wèn)1：什么條件下會(huì)進(jìn)入TERMINATED狀態(tài)

•  線程池不是RUNNING狀態(tài)；

• 線程池狀態(tài)不是TIDYING狀態(tài)或TERMINATED狀態(tài)；

• 如果線程池狀態(tài)是SHUTDOWN并且workerQueue為空；

• workerCount為0；

• 設(shè)置TIDYING狀態(tài)成功。

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