面試題004-Java-Java多線程(下)

這里寫目錄標題

面試題004-Java-Java多線程(下)
- 題目自測
- 題目答案
- - 1. synchronized 關鍵字的作用？
  - 2. volatile 關鍵字的作用？
  - 3. synchronized 和 volatile 的區別？
  - 4. synchronized 和 ReentrantLock 的區別？
  - 5. ThreadLocal有什么用？
  - 6. 線程池有什么用？為什么不推薦使用內置線程池？
  - 7. 如何自定義線程池？
  - 8. Java線程池有哪些參數？阻塞隊列有幾種？拒絕策略有幾種？
  - 9. 線程池處理任務的流程了解嗎？
  - 10. 如何給線程池命名？為什么建議給線程池命名？
- 參考資料

題目自測

1. synchronized 關鍵字的作用？
2. volatile 關鍵字的作用？
3. synchronized 和 volatile 的區別？
4. synchronized 和 ReentrantLock 的區別？
5. ThreadLocal有什么用？
6. 線程池有什么用？為什么不推薦使用內置線程池？
7. 如何自定義線程池？
8. Java線程池有哪些參數？阻塞隊列有幾種？拒絕策略有幾種？
9. 線程池處理任務的流程了解嗎？
10. 如何給線程池命名？為什么建議給線程池命名？

題目答案

1. synchronized 關鍵字的作用？

答：在Java中synchronized關鍵字用于實現線程同步，主要解決是多個線程之間訪問相同資源不會發生數據不一致的問題。它可以作用于方法或代碼塊上，以保證同一時間只有一個線程可以執行被同步的方法或代碼塊。

同步實例方法：表示該方法在同一時間只能由一個線程訪問同一個實例。

public class SynchronizedExample {public synchronized void synchronizedMethod() {// 同步代碼}
}

同步靜態方法：表示該方法在同一時間只能由一個線程訪問同一個類的所有實例。

public class SynchronizedExample {public static synchronized void synchronizedStaticMethod() {// 同步代碼}
}

同步代碼塊：表示該代碼塊在同一時間只能由一個線程訪問該對象。

public class SynchronizedExample {private final Object lock = new Object();public void synchronizedBlock() {synchronized (this) {// 同步代碼}}
}

2. volatile 關鍵字的作用？

答：在Java中volatile關鍵字用于聲明變量的可見性和防止指令重排，從而提供一種輕量級的同步機制。
在可見性方面，用volatile修飾的變量，來確保一個線程對該變量的修改對其他線程立即可見。
在防止指令重排方面，volatile會禁止JVM對變量操作的指令進行重新排序。

3. synchronized 和 volatile 的區別？

答：synchronized和volatile兩個關鍵字都用于實現線程同步的機制。

volatile是線程同步的輕量級實現，volatile性能比synchronized要好。volatile關鍵字只能用于變量，而synchronized關鍵字可以修飾方法和代碼塊。
volatile能保證數據的可見性，但不能保證數據的原子性。synchronized兩者都能保證。
volatile主要解決變量在多個線程之間的可見性，而synchronize解決的是多個線程之間訪問資源的同步性。

4. synchronized 和 ReentrantLock 的區別？

答：synchronized和ReentrantLock都是Java中用于實現線程同步的機制，并且都是可重入鎖。

synchronized：
- 是Java語言的內置關鍵字，用于對代碼塊或方法進行同步。
- 簡單易用，直接在方法或代碼塊上使用即可。
- 由JVM實現，使用方便，但功能較為有限。
ReentrantLock：
- ReentrantLock是java.util.concurrent.locks包中的類，提供了更靈活和豐富的鎖機制(響應中斷、嘗試獲取鎖、使用條件變量等)。
- 需要顯示的加鎖和解鎖，通過代碼來控制鎖的獲取和釋放。
- 由Java庫實現，功能強大，靈活性高。

5. ThreadLocal有什么用？

答：ThreadLocal在Java中用于創建線程局部變量，確保每個變量都有自己的獨立副本變量，從而避免多線程共享一個變量帶來的線程安全問題，同時提高了并發性能。然而在使用ThreadLocal時需要注意內存泄露問題，由于ThreadLocal變量的生命周期與線程線相同，如果線程池中線程長時間不被銷毀，而ThreadLocal變量沒有被正確移除，可能會導致內存泄露問題，因此建議在不再使用ThreadLocal變量時顯示調用remove()方法。
它的使用場景有用戶會話管理、數據庫連接管理、事物管理等。

6. 線程池有什么用？為什么不推薦使用內置線程池？

答：Java中的線程池是一種基于池化技術設計用于執行異步任務的框架，它維護了一定數量的線程，避免頻繁地創建和銷毀線程帶來的性能開銷和資源浪費。他的主要作用是提高資源復用、提高系統穩定性、便于管理和提供靈活的并發策略。

不推薦使用內置線程池的主要原因是內置線程池等配置選項有限、不能滿足所有的應用場景的需求。Java庫中提供了幾種預定義線程的實現，如Executors類中的newFixedThreadPool、newCacheThreadPool、newSingleThreadExecutor等。

FixedThreadPool 和 SingleThreadExecutor 使用無界隊列(LinkedBlockingQueue)，在任務提交速度超過執行速度時，任務隊列可能無限增長，導致內存耗盡。
CacheThreadPool 使用無界線程池，在高并發下可能會創建大量線程、導致系統資源耗盡。未被回收的線程可能會長時間占用資源，造成線程泄漏問題。

7. 如何自定義線程池？

答：在Java中，自定義線程池可以通過ThreadPoolExecutor類來實現。ThreadPoolExecutor提供了豐富的配置選項，如核心線程數(corePoolSize)、最大線程數(maximumPoolSize)、任務隊列(workQueue)和拒絕策略(rejectedExecutionHandler)等，可以根據具體需求進行靈活配置。

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;  
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;  
import java.util.concurrent.TimeUnit;  public class CustomThreadPoolExample {  public static void main(String[] args) {  // 核心線程數 ：線程池在空閑時保留的線程數，即使沒有任務需要處理。int corePoolSize = 5;  // 最大線程數 ：線程池允許創建的最大線程數。int maximumPoolSize = 10;  // 非核心線程空閑存活時間 ：當線程數超過核心線程數時，多余的空閑線程的存活時間。long keepAliveTime = 1L;  // 時間單位 : 空閑線程存活時間的時間單位。TimeUnit unit = TimeUnit.SECONDS;  // 任務隊列 :用于保存等待執行任務的隊列。ArrayBlockingQueue<Runnable> workQueue = new ArrayBlockingQueue<>(100);  // 線程工廠 : 用于創建新線程。ThreadFactory threadFactory = Executors.defaultThreadFactory();  // 拒絕策略 : 當線程池和隊列都滿時，如何處理新任務RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy();  // 創建ThreadPoolExecutor  ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(  corePoolSize,  maximumPoolSize,  keepAliveTime,  unit,  workQueue,  threadFactory,  handler  );  // 提交任務  for (int i = 0; i < 15; i++) {  int taskId = i;  executor.execute(() -> {  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is processing " + taskId);  try {  // 模擬任務執行時間  Thread.sleep(1000);  } catch (InterruptedException e) {  Thread.currentThread().interrupt();  }  });  }  // 關閉線程池（不再接受新任務，但已提交的任務會繼續執行）  executor.shutdown();  // 等待所有任務完成  while (!executor.isTerminated()) {  // 等待一段時間  }  System.out.println("All tasks completed.");  }  
}

8. Java線程池有哪些參數？阻塞隊列有幾種？拒絕策略有幾種？

答：
線程池的參數：

corePoolSize（核心線程數）：線程池中始終保留的線程數量，即使這些線程處于空閑狀態。
maximumPoolSize（最大線程數）：線程池中允許創建的最大線程數量。當任務隊列已滿且當前線程數小于最大線程數時，會創建新線程來處理任務。
keepAliveTime（空閑線程存活時間）：當線程池中的線程數超過核心線程數時，多余的空閑線程在終止前等待新任務的最長時間。
timeUnit（時間單位）：keepAliveTime 參數的時間單位。常見值包括 TimeUnit.SECONDS、TimeUnit.MILLISECONDS 等。
workQueue（任務隊列）：用于保存等待執行任務的隊列l。
threadFactory（線程工廠）：用于創建新線程。
rejectedExecutionHandler（拒絕策略）：當線程池和隊列都滿時，如何處理新任務。

阻塞隊列：

ArrayBlockingQueue：一個基于數組的有界阻塞隊列。按FIFO（先進先出）順序保存任務。
LinkedBlockingQueue：一個基于鏈表的可選有界阻塞隊列。通常用于無限制的任務隊列。
SynchronousQueue：一個不存儲元素的阻塞隊列。每個插入操作必須等待一個相應的移除操作。
PriorityBlockingQueue：一個基于優先級的無限阻塞隊列。任務按照優先級順序執行。
DelayQueue：一個基于優先級隊列的無界阻塞隊列，只有在延遲期滿時才能從隊列中取走元素。

拒絕策略：

AbortPolicy（默認策略）：拋出 RejectedExecutionException 異常，阻止系統正常工作。
CallerRunsPolicy：由調用線程（提交任務的線程）處理該任務。這種策略會降低新任務的提交速度，從而減輕線程池的負載。
DiscardPolicy：直接丟棄任務，不拋出異常。如果允許任務丟失，這種策略可以用于避免系統過載。
DiscardOldestPolicy：丟棄隊列中最舊的任務（即即將執行的任務），然后重新嘗試提交新任務。

9. 線程池處理任務的流程了解嗎？

答：線程池處理任務的流程可以總結為：提交任務、檢查核心線程數、任務隊列處理、非核心線程創建、執行任務以及線程回收。

通過submit()或execute()方法提交任務
檢查核心線程數，如果當前線程數少于核心線程數，那么就創建新的核心線程來執行任務。如果當前線程數已達到核心線程數，將任務放入任務隊列。
如果任務隊列沒有滿，將任務隊列繼續放入隊列。如果任務隊列已滿，檢查當前線程數是否小于最大線程數。
如果當前線程數小于最大線程數，創建新的非核心線程執行任務，如果當前線程已經達到了最大線程數，執行拒絕策略。
線程從任務隊列取出任務執行。
線程池中的非核心線程在完成任務后不會立即銷毀，進入保持存活狀態，只有當這些線程在空閑時間超過keepAliveTime后被回收。

10. 如何給線程池命名？為什么建議給線程池命名？

答：要給線程池中的線程命名，可以自定義一個 ThreadFactory，在創建線程時設置線程名稱。

import java.util.concurrent.ThreadFactory;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;/*** 線程工廠，它設置線程名稱，有利于我們定位問題。*/
public final class NamingThreadFactory implements ThreadFactory {private final AtomicInteger threadNum = new AtomicInteger();private final String name;/*** 創建一個帶名字的線程池生產工廠*/public NamingThreadFactory(String name) {this.name = name;}@Overridepublic Thread newThread(Runnable r) {Thread t = new Thread(r);t.setName(name + " [#" + threadNum.incrementAndGet() + "]");return t;}
}