Java笔试面试题AI答之线程（15）

85. 简述多线程常见的同步工具类？

多线程常见的同步工具类在Java中主要包括以下几种：

1. Semaphore（信号量）

• 作用：Semaphore通过维护一组许可（permits）来控制同时访问某个资源的线程数量。与互斥锁（如ReentrantLock）不同，Semaphore允许多个线程同时访问资源，但总数不超过设定的许可数。
• 特点：
  • 支持公平锁和非公平锁。
  • 基于AQS（AbstractQueuedSynchronizer）实现。
  • 可以通过acquire()方法获取许可，通过release()方法释放许可。
  • 当没有可用许可时，acquire()方法会使线程阻塞，直到有许可被释放。

2. CountDownLatch（闭锁）

• 作用：CountDownLatch是一个同步辅助类，允许一个或多个线程等待直到在其他线程中执行的一组操作完成。
• 特点：
  • 通过countDown()方法减少计数器的值，每调用一次减1。
  • 当计数器的值减至0时，所有等待的线程会被唤醒继续执行。
  • 计数器不能重置，即CountDownLatch是一次性的。

3. CyclicBarrier（栅栏）

• 作用：CyclicBarrier允许一组线程互相等待，直到它们都达到某个公共屏障点（common barrier point）。在屏障点处，线程被阻塞，直到最后一个线程到达。然后，屏障被打开，所有线程继续执行。
• 特点：
  • 支持重用。即在一组线程都通过屏障后，屏障可以被重置并再次使用。
  • 提供了可选的Runnable命令，该命令在所有线程到达屏障后，但在它们被释放之前执行。

4. Exchanger（交换器）

• 作用：Exchanger是一个用于在两个线程之间交换数据的同步点。它允许两个线程在某个点进行数据的交换，并在这个点上等待对方线程到达，以便完成交换。
• 特点：
  • 适用于两个线程之间的数据交换。
  • 如果某个线程先到达交换点，它将一直等待直到另一个线程到达，然后两个线程交换数据并继续执行。

总结

以上四种同步工具类各有特点，适用于不同的多线程同步场景。Semaphore适用于控制同时访问资源的线程数量，CountDownLatch适用于等待一组线程完成操作，CyclicBarrier适用于一组线程在继续执行前相互等待，而Exchanger则适用于两个线程之间的数据交换。这些工具类共同构成了Java多线程同步的强大机制。

86. 请列举ThreadPoolexecutor参数配置？

ThreadPoolExecutor是Java中的一个类，用于创建并管理线程池。它提供了多个参数以便根据不同的需求来定制线程池的行为。ThreadPoolExecutor的主要参数配置包括：

1. corePoolSize（核心线程数）：

   • 描述：线程池中保持活动的最小线程数。即使线程处于空闲状态，核心线程也不会被终止。
   • 重要性：这个参数决定了线程池在空闲状态下将保持多少线程，以便能够迅速响应新的任务。

2. maximumPoolSize（最大线程数）：

   • 描述：线程池能够容纳的最大线程数。当线程池中的线程数超过这个值时，如果任务队列已满，则任务将被阻塞或根据拒绝策略处理。
   • 重要性：这个参数限制了线程池同时运行的最大线程数，有助于避免系统资源被过多线程耗尽。

3. keepAliveTime（非核心线程空闲时间）：

   • 描述：非核心线程（即数量超过corePoolSize的线程）在空闲状态下等待新任务的最长时间。如果在这段时间内没有新的任务提交给线程池，这些线程将被终止。
   • 重要性：这个参数有助于减少系统资源的浪费，通过回收长时间空闲的线程。

4. unit（时间单位）：

   • 描述：keepAliveTime的时间单位。可以是TimeUnit的枚举值，如TimeUnit.SECONDS、TimeUnit.MILLISECONDS等。
   • 重要性：这个参数与keepAliveTime配合使用，定义了非核心线程的空闲时间长度。

5. workQueue（任务队列）：

   • 描述：用于存放待执行任务的阻塞队列。当线程池中的线程数达到corePoolSize时，新任务将被放入队列中等待执行。
   • 重要性：任务队列的选择会影响线程池的性能和响应能力。常用的队列类型包括ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue和SynchronousQueue等。

6. threadFactory（线程工厂）：

   • 描述：用于创建新线程的工厂。通过实现ThreadFactory接口，可以自定义线程的创建方式，例如设置线程的名称、优先级、是否为守护线程等。
   • 重要性：线程工厂提供了自定义线程属性的能力，有助于更好地管理和监控线程池中的线程。

7. handler（拒绝策略）：

   • 描述：当任务队列已满且线程池中的线程数已达到maximumPoolSize时，如果再有新任务提交给线程池，则根据这个参数指定的策略来处理无法执行的任务。
   • 重要性：拒绝策略定义了当线程池无法容纳更多任务时的处理方式，有助于避免因任务无法执行而导致的系统崩溃或资源浪费。

以上参数共同决定了ThreadPoolExecutor的行为和性能。在配置线程池时，需要根据具体的应用场景和需求来选择合适的参数值。例如，对于计算密集型任务，可以适当增加corePoolSize和maximumPoolSize的值；对于IO密集型任务，可以减小这些值并增加线程工厂中线程的堆栈大小等。

87. 简述线程池任务饱和时处理策略？

线程池任务饱和时的处理策略，是指当线程池中的任务队列已满，且无法再创建新的线程来执行任务时，线程池所采取的一系列措施来应对新提交的任务。这些策略对于保持系统的稳定性和性能至关重要。以下是几种常见的线程池任务饱和处理策略：

1. Abort策略（或称为抛出异常策略）

• 描述：当线程池无法接受新任务时，会抛出一个RejectedExecutionException异常。这是默认的饱和策略。
• 优点：可以明确地告知调用者任务无法被执行，方便进行错误处理。
• 缺点：如果调用者没有捕获异常，可能会导致程序崩溃。

2. CallerRuns策略（或称为调用者运行策略）

• 描述：当线程池无法接受新任务时，会将任务交给调用线程（即提交任务的线程）来执行。
• 优点：可以避免任务的丢失，并且在一定程度上降低新任务的提交速度，从而减轻线程池的压力。
• 缺点：如果调用者线程本身就是主线程或UI线程，可能会导致主线程或UI线程被阻塞，影响用户体验或程序的整体性能。

3. Discard策略（或称为丢弃策略）

• 描述：当线程池无法接受新任务时，会默默丢弃掉这个任务，不会抛出异常，也不会执行。
• 优点：实现简单，不会对系统造成额外的负担。
• 缺点：可能会丢失重要任务，导致数据不一致或业务逻辑错误。

4. DiscardOldest策略（或称为丢弃最旧任务策略）

• 描述：当线程池无法接受新任务时，会丢弃队列中最旧的任务（即最早提交但尚未执行的任务），并尝试提交新任务。
• 优点：能够处理新任务，且优先保证新任务的执行。
• 缺点：可能会丢弃一些已经等待了很久但尚未执行的重要任务。

5. 其他策略

除了上述四种常见的策略外，还有一些其他的策略，如：

• 动态队列策略：线程池中的任务队列可以根据系统负载情况进行动态调整。当系统负载较高时，队列可以自动扩大以容纳更多的任务；当系统负载较低时，队列可以自动缩小以减少系统开销。
• 渐近阻塞策略：当线程池中的任务队列已满时，新提交的任务会先进入一个临时队列，随着时间的推移，临时队列中的任务会逐渐增加，直到达到某个阈值或触发条件，才会转变为阻塞策略。这种策略可以平衡任务提交速度和系统负载。

总结

线程池任务饱和时的处理策略是线程池管理中的一个重要环节，需要根据具体的业务场景和需求进行选择和配置。在实际应用中，可能需要根据系统的实际情况进行动态调整和优化，以保证系统的稳定性和性能。

88. 简述什么是Executor ？

Executor是Java中的一个重要概念，特别是在处理并发编程和线程池时。以下是Executor的详细解释：

一、定义与功能

Executor是一个接口，位于java.util.concurrent包中。它定义了一个用于执行任务的方法execute(Runnable command)。这个方法允许你将一个实现了Runnable接口的任务提交给Executor执行，而具体的执行策略（如直接执行、线程池执行等）则由实现Executor接口的类来决定。Executor的主要目的是提供一种标准的方法来解耦任务的提交和执行过程，从而提高程序的并发性和可管理性。

二、作用与优势

Executor的主要作用包括：

1. 解耦任务提交与执行：通过Executor，你可以将任务的提交和执行过程分开，这有助于你更灵活地控制任务的执行策略，如并发度、执行顺序等。
2. 简化线程管理：Executor框架提供了一系列的接口和类来简化线程池的使用和管理，避免了直接使用Thread类时可能遇到的复杂性和错误。
3. 提高性能和资源利用率：通过线程池，Executor能够重用线程，减少线程的创建和销毁开销，同时控制并发度，避免系统资源被过度消耗。

三、与线程池的关系

在Java中，线程池是通过Executor框架来实现的。Executor框架提供了一系列的接口和类来支持线程池的使用和管理，包括ExecutorService接口、ThreadPoolExecutor类以及Executors工具类等。其中，Executors是一个实用类，它提供了一系列静态工厂方法来创建不同类型的线程池实例，如固定大小的线程池、可缓存的线程池、单线程的线程池等。这些线程池实例都实现了ExecutorService接口，并提供了丰富的方法来管理线程池中的线程和任务。

四、使用场景

Executor框架在Java并发编程中有着广泛的应用场景，包括但不限于：

1. 处理大量并发请求：在Web服务器、数据库连接池等场景中，需要处理大量的并发请求，此时可以使用Executor框架来创建和管理线程池，以提高响应速度和系统吞吐量。
2. 定时和周期性任务执行：在需要定时或周期性执行任务的场景中，可以使用ScheduledExecutorService接口来创建线程池，并通过其提供的定时任务调度功能来实现。
3. 资源密集型任务处理：对于CPU或IO密集型任务，可以通过Executor框架来合理分配系统资源，避免单个任务占用过多资源导致其他任务无法执行。

综上所述，Executor是Java并发编程中一个重要的接口和概念，它提供了一种标准的方法来解耦任务的提交和执行过程，并通过线程池来简化线程的管理和提高程序的并发性能。

89. 列举Executors可以创建哪些类型的线程池？

Executors 是 Java 并发包 java.util.concurrent 中提供的一个工厂类，用于创建不同类型的线程池。通过 Executors 类提供的静态工厂方法，可以很方便地创建出以下几种类型的线程池：

1. FixedThreadPool：固定大小的线程池。这种线程池中的线程数量是固定的，当线程池中的线程都处于活动状态时，新任务会被放入到等待队列中。如果任务无法添加到等待队列中（因为队列已满），则可能会拒绝新任务。

2. CachedThreadPool：可缓存的线程池。这种线程池会根据需要创建新线程，如果线程池中的线程空闲时间超过指定时间，这些线程将被终止并从池中移除。如果所有线程都在忙于执行任务，则新的任务会被添加到队列中，但不会创建新线程来执行它，直到有线程可用。

3. SingleThreadExecutor：单线程的线程池。这种线程池使用单个线程来执行任务，这个线程会按顺序地执行队列中的任务。如果任务以比它们被添加到队列的速度更快的速度执行，则单个线程可能会创建出可伸缩性瓶颈。

4. ScheduledThreadPool：可调度的线程池。这种线程池可以安排在给定延迟后运行命令，或者定期地执行命令。它支持延迟执行和周期执行的任务。

5. SingleThreadScheduledExecutor：单线程的定时调度线程池。这个线程池是 ScheduledThreadPool 的一个特例，它使用单个线程来执行所有任务，保证所有任务按照任务被安排执行的顺序来执行。

使用 Executors 类创建线程池时，需要注意合理配置线程池的参数，如线程数量、队列类型及大小等，以避免资源耗尽或性能瓶颈等问题。同时，也需要注意线程池的关闭和资源的回收，以避免内存泄漏等问题。

从 Java 9 开始，还引入了更多的并行流操作和新的并发工具，但 Executors 类提供的线程池类型仍然是并发编程中最常用的基础工具之一。

90. 简述列举Executor的生命周期？

Executor的生命周期可以概括为几个关键阶段，这些阶段描述了Executor从创建到销毁的整个过程。以下是对Executor生命周期的详细简述：

1. 初始状态（未启动）

• 在这个阶段，Executor（特别是线程池Executor）还未被创建或初始化。一旦通过相应的构造函数或工厂方法（如Executors类中的静态方法）创建并初始化，Executor就准备进入运行状态。

2. 运行状态（RUNNING）

• Executor进入运行状态后，可以接受并执行新的任务。对于线程池来说，这个阶段线程池中的线程会开始执行队列中的任务，或者等待新任务的到来。在这个阶段，线程池会根据需要动态调整线程数量（如果配置了动态线程调整）。

3. 关闭过程（SHUTDOWN/STOP）

• Executor提供了两种方式来关闭其运行：shutdown()和shutdownNow()。

  • shutdown()：这是一个平缓的关闭过程。当调用此方法时，Executor将停止接受新的任务，但会等待已经提交的任务（包括已经进入队列但尚未开始执行的任务）全部执行完成。此时，Executor处于SHUTDOWN状态。
  • shutdownNow()：这是一个立即关闭的过程。当调用此方法时，Executor会尝试停止所有正在执行的任务（通过中断线程的方式），并且不再处理队列中等待的任务。此时，Executor会进入STOP状态。此外，shutdownNow()还会返回一个列表，包含那些已经提交但尚未开始执行的任务。

4. 整理状态（TIDYING）

• 在SHUTDOWN或STOP状态后，如果所有任务都已完成且线程池中没有任何线程（即workerCount为0），Executor会进入TIDYING状态。在这个阶段，会执行一些清理工作，比如调用terminated()钩子方法（如果有的话）。

5. 终止状态（TERMINATED）

• 当Executor完成TIDYING状态的清理工作并退出TIDYING状态时，它就进入了TERMINATED状态。这标志着Executor的生命周期结束，此时可以安全地释放Executor占用的所有资源。

总结

Executor的生命周期包括初始状态、运行状态、关闭过程（SHUTDOWN/STOP）、整理状态（TIDYING）和终止状态（TERMINATED）。了解这些状态及其转换对于合理使用Executor框架、管理线程资源以及避免资源泄漏和性能问题至关重要。通过调用shutdown()或shutdownNow()方法，可以控制Executor的关闭过程，并通过isTerminated()等方法检查Executor的状态。

答案来自文心一言，仅供参考