怎么理解分布式、高并發(fā)、多線程？（含面試題和答案解析）

看到分布式、高并發(fā)、多線程這三個(gè)詞的時(shí)候，很多人是不是都認(rèn)為分布式=高并發(fā)=多線程？
當(dāng)面試官問到高并發(fā)系統(tǒng)可以采用哪些手段來解決，或者被問到分布式系統(tǒng)如何解決一致性的問題，是不是一臉懵逼？
確實(shí)，在一開始接觸的時(shí)候，不少人都會分布式、高并發(fā)、多線程將三者混淆，誤以為所謂的分布式高并發(fā)的系統(tǒng)就是能同時(shí)供海量用戶訪問，而采用多線程手段不就是可以提供系統(tǒng)的并發(fā)能力嗎？實(shí)際上，他們?nèi)齻€(gè)總是相伴而生，但側(cè)重點(diǎn)又有不同。

接下來我就看看分布式、高并發(fā)、多線程這三者之間到底有什么區(qū)別？

什么是分布式？

分布式更多的一個(gè)概念，是為了解決單個(gè)物理服務(wù)器容量和性能瓶頸問題而采用的優(yōu)化手段。該領(lǐng)域需要解決的問題極多，在不同的技術(shù)層面上，又包括：分布式文件系統(tǒng)、分布式緩存、分布式數(shù)據(jù)庫、分布式計(jì)算等，一些名詞如Hadoop、zookeeper、MQ等都跟分布式有關(guān)。從理念上講，分布式的實(shí)現(xiàn)有兩種形式：
水平擴(kuò)展：當(dāng)一臺機(jī)器扛不住流量時(shí)，就通過添加機(jī)器的方式，將流量平分到所有服務(wù)器上，所有機(jī)器都可以提供相當(dāng)?shù)姆?wù)；
垂直拆分：前端有多種查詢需求時(shí)，一臺機(jī)器扛不住，可以將不同的需求分發(fā)到不同的機(jī)器上，比如A機(jī)器處理余票查詢的請求，B機(jī)器處理支付的請求。

什么是高并發(fā)？

相對于分布式來講，高并發(fā)在解決的問題上會集中一些，其反應(yīng)的是同時(shí)有多少量：比如在線直播服務(wù)，同時(shí)有上萬人觀看。
高并發(fā)可以通過分布式技術(shù)去解決，將并發(fā)流量分到不同的物理服務(wù)器上。但除此之外，還可以有很多其他優(yōu)化手段：比如使用緩存系統(tǒng)，將所有的，靜態(tài)內(nèi)容放到CDN等；還可以使用多線程技術(shù)將一臺服務(wù)器的服務(wù)能力最大化。

什么是多線程？

多線程是指從軟件或者硬件上實(shí)現(xiàn)多個(gè)線程并發(fā)執(zhí)行的技術(shù)，它更多的是解決CPU調(diào)度多個(gè)進(jìn)程的問題，從而讓這些進(jìn)程看上去是同時(shí)執(zhí)行（實(shí)際是交替運(yùn)行的）。
這幾個(gè)概念中，多線程解決的問題是最明確的，手段也是比較單一的，基本上遇到的最大問題就是線程安全。在JAVA語言中，需要對JVM內(nèi)存模型、指令重排等深入了解，才能寫出一份高質(zhì)量的多線程代碼。

總結(jié)一下：
分布式是從物理資源的角度去將不同的機(jī)器組成一個(gè)整體對外服務(wù)，技術(shù)范圍非常廣且難度非常大，有了這個(gè)基礎(chǔ)，高并發(fā)、高吞吐等系統(tǒng)很容易構(gòu)建；
高并發(fā)是從業(yè)務(wù)角度去描述系統(tǒng)的能力，實(shí)現(xiàn)高并發(fā)的手段可以采用分布式，也可以采用諸如緩存、CDN等，當(dāng)然也包括多線程；
多線程則聚焦于如何使用編程語言將CPU調(diào)度能力最大化。

下面給大家分享一些面試官常問的分布式、高并發(fā)、多線程的面試題
1、分布式系統(tǒng)怎么做服務(wù)治理
針對互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，eg 突發(fā)的流量高峰、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、機(jī)房故障等，重點(diǎn)針對大規(guī)?？鐧C(jī)房的海量服務(wù)進(jìn)行運(yùn)行態(tài)治理，保障線上服務(wù)的高SLA，滿足用戶的體驗(yàn)，常用的策略包括限流降級、服務(wù)嵌入遷出、服務(wù)動態(tài)路由和灰度發(fā)布等
2、對分布式事務(wù)的理解
本質(zhì)上來說，分布式事務(wù)就是為了保證不同數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)一致性。
事務(wù)的ACID特性 原子性 一致性 隔離性 持久性
消息事務(wù)+最終一致性
CC提供了一個(gè)編程框架，將整個(gè)業(yè)務(wù)邏輯分為三塊：Try、Confirm和Cancel三個(gè)操作。以在線下單為例，Try階段會去扣庫存，Confirm階段則是去更新訂單狀態(tài)，如果更新訂單失敗，則進(jìn)入Cancel階段，會去恢復(fù)庫存?？傊?，TCC就是通過代碼人為實(shí)現(xiàn)了兩階段提交，不同的業(yè)務(wù)場景所寫的代碼都不一樣，復(fù)雜度也不一樣，因此，這種模式并不能很好地被復(fù)用。
3、如何實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，有哪些算法可以實(shí)現(xiàn)？
經(jīng)常會用到以下四種算法：隨機(jī)（random）、輪訓(xùn)（round-robin）、一致哈希（consistent-hash）和主備（master-slave）。
4、分布式集群下如何做到唯一序列號
Redis生成ID 這主要依賴于Redis是單線程的，所以也可以用生成全局唯一的ID。可以用Redis的原子操作 INCR和INCRBY來實(shí)現(xiàn)。
5. 什么是進(jìn)程
進(jìn)程是指運(yùn)行中的應(yīng)用程序，每個(gè)進(jìn)程都有自己獨(dú)立的地址空間（內(nèi)存空間）。
比如用戶點(diǎn)擊桌面的IE瀏覽器，就啟動了一個(gè)進(jìn)程，操作系統(tǒng)就會為該進(jìn)程分配獨(dú)立的地址空間。當(dāng)用戶再次點(diǎn)擊左邊的IE瀏覽器，又啟動了一個(gè)進(jìn)程，操作系統(tǒng)將為新的進(jìn)程分配新的獨(dú)立的地址空間。目前操作系統(tǒng)都支持多進(jìn)程。
6. 什么是線程
進(jìn)程是表示自愿分配的基本單位。而線程則是進(jìn)程中執(zhí)行運(yùn)算的最小單位，即執(zhí)行處理機(jī)調(diào)度的基本單位。通俗來講：一個(gè)程序有一個(gè)進(jìn)程，而一個(gè)進(jìn)程可以有多個(gè)線程。
7. 線程和進(jìn)程有什么區(qū)別
線程是進(jìn)程的子集，一個(gè)進(jìn)程可以有很多線程，每條線程并行執(zhí)行不同的任務(wù)。不同的進(jìn)程使用不同的內(nèi)存空間，而所有的線程共享一片相同的內(nèi)存空間。
8. 多線程的幾種實(shí)現(xiàn)方式
(1) 繼承Thread類創(chuàng)建線程
Thread類本質(zhì)上是實(shí)現(xiàn)了Runnable接口的一個(gè)實(shí)例，代表一個(gè)線程的實(shí)例。啟動線程的唯一方法就是通過Thread類的start()實(shí)例方法。start()方法將啟動一個(gè)新線程，并執(zhí)行run（）方法。這種方式實(shí)現(xiàn)多線程比較簡單，通過自己的類直接繼承Thread，并重寫run（）方法，就可以啟動新線程并執(zhí)行自己定義的run()方法。
(2) 實(shí)現(xiàn)Runnable接口創(chuàng)建線程
如果自己的類已經(jīng)繼承了兩一個(gè)類，就無法再繼承Thread，因此可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)Runnable接口
(3) 實(shí)現(xiàn)Callable接口通過FutureTask包裝器來創(chuàng)建Thread線程
(4) 使用ExecutorService、Callable、Future實(shí)現(xiàn)有返回結(jié)果的線程
ExecutorService、Callable、Future三個(gè)接口實(shí)際上都是屬于Executor框架。返回結(jié)果的線程是在JDK1.5中引入的新特征，有了這種特征就不需要再為了得到返回值而大費(fèi)周折了。
可返回值的任務(wù)必須實(shí)現(xiàn)Callable接口；無返回值的任務(wù)必須實(shí)現(xiàn)Runnabel接口。
執(zhí)行Callable任務(wù)后，可以獲取一個(gè)Future對象，在該對象上調(diào)用get()方法就可以獲取到Callable任務(wù)返回的Object了。（get()方法是阻塞的，線程無返回結(jié)果，該方法就一直等待）
9. 多線程中忙循環(huán)是什么
忙循環(huán)就是程序員用循環(huán)讓一個(gè)線程等待，不像傳統(tǒng)方法wait()、sleep()或者yied()它們都放棄了CPU控制，而忙循環(huán)不會放棄CPU，它就是在運(yùn)行一個(gè)空循環(huán)。這么做的目的是為了保留CPU緩存，在多核系統(tǒng)中，一個(gè)等待線程醒來的時(shí)候可能會在另一個(gè)內(nèi)核運(yùn)行，這樣會重建緩存。為了避免重建緩存和減少等待重建的時(shí)間就可以使用它了。
10. 什么是java內(nèi)存模型
java內(nèi)存模型定義了java虛擬機(jī)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的工作方式。JMM決定了一個(gè)線程對共享變量的寫入何時(shí)對另一個(gè)線程可見。從抽象的角度來看，JMM定義了線程和主內(nèi)存之間的抽象關(guān)系：線程之間的共享變量存儲在主內(nèi)存中，每一個(gè)線程都有一個(gè)私有的本地內(nèi)存，本地內(nèi)存中存儲了該線程以讀/寫共享變量的副本。
11. 為什么要用線程池？
線程池提供了一種限制和管理資源（包括執(zhí)行一個(gè)任務(wù)）。 每個(gè)線程池還維護(hù)一些基本統(tǒng)計(jì)信息，例如已完成任務(wù)的數(shù)量。
這里借用《Java并發(fā)編程的藝術(shù)》提到的來說一下使用線程池的好處：
降低資源消耗。 通過重復(fù)利用已創(chuàng)建的線程降低線程創(chuàng)建和銷毀造成的消耗。
提高響應(yīng)速度。 當(dāng)任務(wù)到達(dá)時(shí)，任務(wù)可以不需要的等到線程創(chuàng)建就能立即執(zhí)行。
提高線程的可管理性。 線程是稀缺資源，如果無限制的創(chuàng)建，不僅會消耗系統(tǒng)資源，還會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使用線程池可以進(jìn)行統(tǒng)一的分配，調(diào)優(yōu)和監(jiān)控。
12、什么是樂觀鎖和悲觀鎖
1）樂觀鎖：就像它的名字一樣，對于并發(fā)間操作產(chǎn)生的線程安全問題持樂觀狀態(tài)，樂觀鎖認(rèn)為競爭不總是會發(fā)生，因此它不需要持有鎖，將比較-替換這兩個(gè)動作作為一個(gè)原子操作嘗試去修改內(nèi)存中的變量，如果失敗則表示發(fā)生沖突，那么就應(yīng)該有相應(yīng)的重試邏輯。
2）悲觀鎖：還是像它的名字一樣，對于并發(fā)間操作產(chǎn)生的線程安全問題持悲觀狀態(tài)，悲觀鎖認(rèn)為競爭總是會發(fā)生，因此每次對某資源進(jìn)行操作時(shí)，都會持有一個(gè)獨(dú)占的鎖，就像synchronized，不管三七二十一，直接上了鎖就操作資源了。
13、高并發(fā)、任務(wù)執(zhí)行時(shí)間短的業(yè)務(wù)怎樣使用線程池？并發(fā)不高、任務(wù)執(zhí)行時(shí)間長的業(yè)務(wù)怎樣使用線程池？并發(fā)高、業(yè)務(wù)執(zhí)行時(shí)間長的業(yè)務(wù)怎樣使用線程池？
1）高并發(fā)、任務(wù)執(zhí)行時(shí)間短的業(yè)務(wù)，線程池線程數(shù)可以設(shè)置為CPU核數(shù)+1，減少線程上下文的切換
2）并發(fā)不高、任務(wù)執(zhí)行時(shí)間長的業(yè)務(wù)要區(qū)分開看：
a）假如是業(yè)務(wù)時(shí)間長集中在IO操作上，也就是IO密集型的任務(wù)，因?yàn)镮O操作并不占用CPU，所以不要讓所有的CPU閑下來，可以加大線程池中的線程數(shù)目，讓CPU處理更多的業(yè)務(wù)
b）假如是業(yè)務(wù)時(shí)間長集中在計(jì)算操作上，也就是計(jì)算密集型任務(wù)，這個(gè)就沒辦法了，和（1）一樣吧，線程池中的線程數(shù)設(shè)置得少一些，減少線程上下文的切換
c）并發(fā)高、業(yè)務(wù)執(zhí)行時(shí)間長，解決這種類型任務(wù)的關(guān)鍵不在于線程池而在于整體架構(gòu)的設(shè)計(jì)，看看這些業(yè)務(wù)里面某些數(shù)據(jù)是否能做緩存是第一步，增加服務(wù)器是第二步，至于線程池的設(shè)置，設(shè)置參考其他有關(guān)線程池的文章。最后，業(yè)務(wù)執(zhí)行時(shí)間長的問題，也可能需要分析一下，看看能不能使用中間件對任務(wù)進(jìn)行拆分和解耦。

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