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文章目录一、AQS高频问题1.1 AQS是什么1.2 唤醒线程时AQS为什么从后往前遍历1.3 AQS为什么用双向链表为啥不用单向链表1.4 AQS为什么要有一个虚拟的head节点1.5 ReentrantLock的底层实现原理1.6 ReentrantLock的公平锁和非公平锁的区别1.7 ReentrantReadWriteLock如何实现的读写锁二、阻塞队列高频问题2.1 说下你熟悉的阻塞队列2.2 虚假唤醒是什么三、线程池高频问题3.1 线程池的7个参数3.2 线程池的状态有什么如何记录的3.3 线程池常见的拒绝策略3.4 线程池执行流程3.5 线程池为什么添加空任务的非核心线程3.7 工作线程出现异常会导致什么问题3.8 工作线程继承AQS的目的是什么3.9 核心参数怎么设置四、CountDownLatchSemaphore的高频问题4.1 CountDownLatch是啥有啥用底层咋实现的4.2 Semaphore是啥有啥用底层咋实现的4.3 main线程结束程序会停止嘛五、CopyOnWriteArrayList的高频问题5.1 CopyOnWriteArrayList是如何保证线程安全的有什么缺点吗六、ConcurrentHashMapJDK1.8的高频问题6.1 HashMap为啥线程不安全6.2 ConcurrentHashMap如何保证线程安全的6.3 ConcurrentHashMap构建好数组就创建出来了吗如果不是如何保证初始化数组的线程安全6.4 为什么负载因子是0.75为什么链表长度到8转为红黑树6.5put操作太频繁的场景会造成扩容时期put的阻塞 6.6 ConcurrentHashMap何时扩容扩容的流程是什么6.7 ConcurrentHashMap得计数器如何实现的6.8 ConcurrentHashMap的读操作会阻塞嘛一、AQS高频问题
1.1 AQS是什么
AQS是JUC下大量工具的基础类很多工具都基于AQS实现的比如lock锁CountDownLatchSemaphore线程池等等都用到了AQS。
AQS中有一个核心属性state还有一个双向链表以及一个单向链表。其中state是基于volatile修饰再基于CAS修改可以保证原子可见有序三大特性。单向链表是内部类ConditionObject对标synchronized中的等待池当lock在线程持有锁时执行await方法会将线程封装为Node对象扔到Condition单向链表中等待唤醒。如果线程唤醒了就将Condition中的Node扔到AQS的双向链表等待获取锁。
1.2 唤醒线程时AQS为什么从后往前遍历
当持有资源的线程执行完成后需要在AQS的双向链表拿出来一个如果head的next节点取消了
如果在唤醒线程时head节点的next是第一个要被唤醒的如果head的next节点取消了会出现节点丢失问题。
如下图当一个新的Node添加到链表时有3个步骤当第三个步骤还未完成时如果从head开始就找不到需要被唤醒的节点了。
1.3 AQS为什么用双向链表为啥不用单向链表
因为AQS中存在取消节点的操作如果使用双向链表只需要两步
需要将prev节点的next指针指向next节点。需要将next节点的prev指针指向prev节点。
但是如果是单向链表需要遍历整个单向链表才能完成的上述的操作。比较浪费资源。
1.4 AQS为什么要有一个虚拟的head节点
每个Node都会有一些状态这个状态不单单针对自己还针对后续节点
1当前节点取消了。0默认状态啥事没有。-1当前节点的后继节点挂起了。-2代表当前节点在Condition队列中await将线程挂起了-3代表当前是共享锁唤醒时后续节点依然需要被唤醒。
但是一个节点无法同时保存当前节点状态和后继节点状态有一个哨兵节点更方便操作。
1.5 ReentrantLock的底层实现原理
ReentrantLock是基于AQS实现的。
在线程基于ReentrantLock加锁时需要基于CAS去修改state属性如果能从0改为1代表获取锁资源成功如果CAS失败了添加到AQS的双向链表中排队可能会挂起线程等待获取锁。持有锁的线程如果执行了condition的await方法线程会封装为Node添加到Condition的单向链表中等待被唤醒并且重新竞争锁资源
1.6 ReentrantLock的公平锁和非公平锁的区别
公平锁和非公平中的lock方法和tryAcquire方法的实现有点不同其他都一样
非公平锁 lock直接尝试将state从 0 改为 1如果成功拿锁直接走如果失败了执行tryAcquire。tryAcquire如果当前没有线程持有锁资源直接再次尝试将state从0 改为 1 如果成功拿锁直接走。 公平锁 lock直接执行tryAcquire。tryAcquire如果当前没有线程持有锁资源先看一下有排队的么。如果没有排队的直接尝试将state从 0 改为 1。如果有排队的并且第一名直接尝试将state从 0 改为 1。
如果都没拿到锁公平锁和非公平锁的后续逻辑是一样的加入到AQS双向链表中排队。
1.7 ReentrantReadWriteLock如何实现的读写锁
如果一个操作写少读多还用互斥锁的话性能太低因为读读不存在并发问题。读写锁可以解决该问题。
ReentrantReadWriteLock也是基于AQS实现的一个读写锁但是锁资源用state标识。如何基于一个int来标识两个锁信息有写锁有读锁怎么做的
一个int占了32个bit位。在写锁获取锁时基于CAS修改state的低16位的值。在读锁获取锁时基于CAS修改state的高16位的值。
写锁的重入基于state低16直接标识因为写锁是互斥的。读锁的重入无法基于state的高16位去标识因为读锁是共享的可以多个线程同时持有。所以读锁的重入用的是ThreadLocal来表示同时也会对state的高16为进行追加。
二、阻塞队列高频问题
2.1 说下你熟悉的阻塞队列
ArrayBlockingQueue底层基于数组实现记得new的时候设置好边界。
LinkedBlockingQueue底层基于链表实现的可以认为是无界队列但是可以设置长度。
PriorityBlockingQueue底层是基于数组实现的二叉堆可以认为是无界队列因为数组会扩容。
ArrayBlockingQueueLinkedBlockingQueue是ThreadPoolExecutor线程池最常用的两个阻塞队列。
2.2 虚假唤醒是什么
虚假唤醒在阻塞队列的源码中就有体现。
比如消费者1在消费数据时会先判断队列是否有元素如果元素个数为0消费者1会await挂起。此处判断元素为0的位置如果用if循环会导致出现一个问题。
如果生产者添加了一个数据会唤醒消费者1并去拿锁资源。此时如果来了消费者2抢到了锁资源并带走了数据的话消费者1再次拿到锁资源时无法从队列获取到任何元素出现虚假唤醒问题。
解决方案将判断元素个数的位置设置为while判断。
三、线程池高频问题
3.1 线程池的7个参数
核心线程数最大线程数最大空闲时间时间单位阻塞队列线程工厂拒绝策略
3.2 线程池的状态有什么如何记录的
线程池有5个状态RUNINING、SHUTDOWN、STOP、TIDYING、TERMINATED
线程池的状态是在ctl属性中记录的。本质就是int类型
3.3 线程池常见的拒绝策略 AbortPolicy丢弃任务并抛异常默认 CallerRunsPolicy当前线程执行 DiscardPolicy丢弃任务直接不要 DiscardOldestPolicy丢弃等待队列中最旧的任务并执行当前任务
一般情况下线程池自带的无法满足业务时自定义一个线程池的拒绝策略实现下面的接口即可。
3.4 线程池执行流程
核心线程不是new完就构建的是懒加载的机制添加任务才会构建核心线程
3.5 线程池为什么添加空任务的非核心线程 避免线程池出现队列有任务但是没有工作线程处理。
当核心线程数是0个任务进来后会到阻塞队列但是没有工作线程此时空任务的非核心线程就可以处理该任务。
##3.6 在没任务时线程池中的工作线程在干嘛 如果是核心线程默认情况下会在阻塞队列的位置执行take方法直到拿到任务为止。 如果是非核心线程默认情况下会在阻塞队列的位置执行poll方法等待最大空闲时间如果没任务删除线程如果有活那就正常干。
3.7 工作线程出现异常会导致什么问题
首先出现异常的工作线程不会影响到其他的工作线程。
如果任务是execute方法执行的工作线程会将异常抛出。如果任务是submit方法执行的futureTask工作线程会将异常捕获并保存到FutureTask里可以基于futureTask的get得到异常信息。最后线程结束。
3.8 工作线程继承AQS的目的是什么
工作线程的本质就是Worker对象。继承AQS跟shutdown和shutdownNow有关系。 如果是shutdown会中断空闲的工作线程基于Worker实现的AQS中的state的值来判断能否中断工作线程。如果工作线程的state是0代表空闲可以中断如果是1代表正在干活。 如果是shutdownNow直接强制中断所有工作线程
3.9 核心参数怎么设置
线程池的目的是为了减少线程频繁创建/销毁带来的资源消耗充分发挥CPU的资源提升整个系统的性能。不同业务的线程池参考的方式也不一样。
如果是CPU密集的任务一般也就是CPU内核数 1的核心线程数。这样足以充分发挥CPU性能。如果是IO密集的任务因为IO的程度不一样有的是1s有的是1ms有的是1分钟所以IO密集的任务在用线程池处理时一定要通过压测的方式观察CPU资源的占用情况来决定核心线程数。一般发挥CPU性能到70~80足矣。
所以线程池的参数设置需要通过压测以及多次调整才能得出具体的。
四、CountDownLatchSemaphore的高频问题
4.1 CountDownLatch是啥有啥用底层咋实现的
CountDownLatch本质其实就是一个计数器。在多线程并行处理业务时需要等待其他线程处理完再做后续的合并等操作时可以使用CountDownLatch做计数等到其他线程出现完之后主线程就会被唤醒。实现过程如下
CountDownLatch本身就是基于AQS实现的。new CountDownLatch时直接指定好具体的数值这个数值会复制给state属性。当子线程处理完任务后执行countDown方法内部就是直接给state - 1。当state减为0之后执行await挂起的线程就会被唤醒。
import java.util.concurrent.CountDownLatch;public class CountDownLatchTest {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {CountDownLatch count new CountDownLatch(3);for (int i 0; i 3; i) {int finalI i;new Thread(() - {try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(线程 finalI 执行中);count.countDown();}).start();}count.await();System.out.println(所有线程都执行完成了);}
}
4.2 Semaphore是啥有啥用底层咋实现的
信号量就是一个可以用于做限流功能的工具类。比如要求当前服务最多3个线程同时干活将信号量设置为3。每个任务提交前都需要获取一个信号量获取到就去干活干完了归还信号量。实现过程如下
信号量也是基于AQS实现的构建信号量时指定信号量资源数这个数值会复制给state属性。获取信号量时执行acquire方法内部就是直接给state - 1。当state为0时新来的任务会因获取不到信号量而等待。当任务执行完成后执行release方法释放信号量。
import java.util.concurrent.Semaphore;public class SemaphoreTest {public static void main(String[] args) {Semaphore semaphore new Semaphore(3);for (int i 0; i 3; i) {int finalI i;new Thread(() - {try {semaphore.acquire();System.out.println(线程 finalI 执行中);Thread.sleep(5000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {semaphore.release();}}).start();}new Thread(() - {try {long begin System.currentTimeMillis();semaphore.acquire();long end System.currentTimeMillis();System.out.println(限流了 (end - begin) ms);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {semaphore.release();}}).start();}
}
4.3 main线程结束程序会停止嘛
如果main线程结束但是还有用户线程在执行不会结束如果main线程结束剩下的都是守护线程结束
五、CopyOnWriteArrayList的高频问题
5.1 CopyOnWriteArrayList是如何保证线程安全的有什么缺点吗
CopyOnWriteArrayList写数据时是基于ReentrantLock保证原子性的。写数据时会复制一个副本写入写入成功后才会写入到CopyOnWriteArrayList中的数组保证读数据时不要出现数据不一致的问题。
缺点就是如果数据量比较大时每次写入数据都需要复制一个副本对空间的占用太大了。如果数据量比较大不推荐使用CopyOnWriteArrayList。
适合写操作要求保证原子性读操作保证并发并且数据量不大的场景。
六、ConcurrentHashMapJDK1.8的高频问题
6.1 HashMap为啥线程不安全 JDK1.7里有环扩容时。 并发添加数据时会覆盖数据可能丢失。 在记录元素个数和HashMap写的次数时记录不准确。 数据迁移扩容也可能会丢失数据。
6.2 ConcurrentHashMap如何保证线程安全的
尾插写入数组时基于CAS保证安全插入链表或红黑树时基于synchronized保证安全。这里ConcurrentHashMap是采用LongAdder实现的技术底层还是CAS。ConcurrentHashMap扩容时基于CAS保证数据迁移不出现并发问题。
6.3 ConcurrentHashMap构建好数组就创建出来了吗如果不是如何保证初始化数组的线程安全
ConcurrentHashMap是懒加载的机制而且大多数的框架组件都是懒加载的~
基于CAS来保证初始化线程安全的这里不但涉及到了CAS去修改sizeCtl的变量去控制线程初始化数据的原子性同时还使用了DCL外层判断数组未初始化中间基于CAS修改sizeCtl内层再做数组未初始化判断。 6.4 为什么负载因子是0.75为什么链表长度到8转为红黑树
负载因子是0.75从两个方面去解释。为啥不是0.5为啥不是1
0.5如果负载因子是0.5数据添加一半就开始扩容了
优点hash碰撞少查询效率高。缺点扩容太频繁而且空间利用率低。
1如果负载因子是1数据添加到数组长度才开始扩容
优点扩容不频繁空间利用率可以的。缺点hash冲突会特别频繁数据挂到链表上影响查询效率甚至链表过长生成红黑树导致写入的效率也收到影响。
0.75就可以说是一个居中的选择两个方面都兼顾了。
再就是泊松分布在负载因子是0.75时根据泊松分布得出链表长度达到8的概率是非常低的源码中的标识是0.00000006生成红黑树的概率特别低。虽然ConcurrentHashMap引入了红黑树但是红黑树对于写入的维护成本更高能不用就不用HashMap源码的注释也描述了要尽可能规避红黑树。
6.5put操作太频繁的场景会造成扩容时期put的阻塞
一般情况下不会造成阻塞。 如果在put操作时发现当前索引位置并没有数据时正常把数据落到老数组上。 如果put操作时发现当前位置数据已经被迁移到了新数组这时无法正常插入去帮助扩容快速结束扩容操作并且重新选择索引位置查询
6.6 ConcurrentHashMap何时扩容扩容的流程是什么
ConcurrentHashMap中的元素个数达到了负载因子计算的阈值那么直接扩容当调用putAll方法查询大量数据时也可能会造成直接扩容的操作大量数据是如果插入的数据大于下次扩容的阈值直接扩容然后再插入数组长度小于64并且链表长度大于等于8时会触发扩容
6.7 ConcurrentHashMap得计数器如何实现的
这里是基于LongAdder的机制实现但是并没有直接用LongAdder的引用而是根据LongAdder的原理写了一个相似度在80%以上的代码直接使用。
LongAdder使用CAS添加保证原子性其次基于分段锁保证并发性。
6.8 ConcurrentHashMap的读操作会阻塞嘛
无论查哪都不阻塞。
查询数组查看元素是否在数组在就直接返回。查询链表在链表nextnext查询即可。扩容时如果当前索引位置是-1代表当前位置数据全部都迁移到了新数组直接去新数组查询不管有没有扩容完。查询红黑树转换红黑树时不但有一个红黑树还会保留一个双向链表此时会查询双向链表不让读线程阻塞。
