关于java:最近遇到个Java面试题还有点意思呢

最近看到一个面试题目，感觉挺有意思的，粗心如下：

ok，大家看到这个题，能够先了解下，这里启动了两个线程，a 和 b，然而尽管说 a 在 b 之前 start，不肯定就能够保障线程 a 的逻辑，能够先于线程 b 执行。

所以，这里的意思是，线程 a 和 b，执行程序互不烦扰，咱们不应该假设其中一个线程能够先于另外一个执行。

另外，既然是面试题，那惯例做法天然是不必上了，比方让 b 先 sleep 几秒钟之类的，如果真这么答，那可能面试就完结了吧。

好，咱们上面开始剖析解法。

可见性保障

程序里定义了一个全局变量，var = 1。

线程a会批改这个变量为2，线程b则在变量为2时，执行本人的业务逻辑。

那么，这里首先，咱们要做的是，先讲var应用volatile润饰，保障多线程操作时的可见性。

public static volatile int var = 1;

解法剖析

通过后面的可见性保障的剖析，咱们晓得，要想达到目标，其实就是要保障：

a中的对var+1的操作，须要先于b执行。

然而，当初的问题是，两个线程同时启动，不晓得谁先谁后，怎么保障 a 先执行，b 后执行呢？

让线程 b 先不执行，大略有两种思路：一种是阻塞该线程，一种是不阻塞该线程。阻塞的话，咱们能够想想，怎么阻塞一个线程。

大略有上面这些办法：

synchronized，取不到锁时，阻塞
java.util.concurrent.locks.ReentrantLock#lock，取不到锁时，阻塞
object.wait，取到synchronized了，然而因为一些条件不满足，执行不上来，调用wait，将开释锁，并进入期待队列，线程暂停运行
java.util.concurrent.locks.Condition.await，和object.wait相似，只不过object.wait在jvm层面，应用c++实现，Condition.await在jdk层面应用java语言实现
threadA.join()，期待对应的线程threadA执行实现后，本线程再持续运行；threadA没完结，则以后线程阻塞；
CountDownLatch#await，在对应的state不为0时，阻塞
Semaphore#acquire()，在state为0时（即残余令牌为0时），阻塞
其余阻塞队列、FutureTask等等

如果不让线程进入阻塞，则个别能够让线程进入一个while循环，循环的退出条件，能够由线程a来批改，线程a批改后，线程b跳出循环。

比方：

volatile boolean stop = false;
while (!stop){
    ...
}

下面也说了这么多了，咱们实际上手写一写吧。

谬误解法1–基于wait

上面的思路是基于wait、notify。

线程b间接wait，线程a在批改了变量后，进行notify。

public class Global1 {
    public static volatile int var = 1;
    public static final Object monitor = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        Thread a = new Thread(() -> {
            // 1
            Global1.var++;
            // 2
            synchronized (monitor) {
                monitor.notify();
            }
        });
        Thread b = new Thread(() -> {
            // 3
            synchronized (monitor) {
                try {
                    monitor.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            // 4
            if (Global1.var == 2) {
                //do something;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
            }
        });
        a.start();
        b.start();
    }
}

大家感觉这个代码能行吗？

理论是不行的。因为理论的程序可能是：

线程a--1
线程a--2
线程b--1
线程b--2

在线程 a-2 时，线程 a 去 notify，然而此时线程 b 还没开始 wait，所以此时的 notify 是没有任何成果的：

没人在等，notify 个锤子。

怎么批改，本计划才行得通呢？

那就是，批改线程 a 的代码，不要急着 notify，先等等。

Thread a = new Thread(() -> {
    Global1.var++;
    try {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    synchronized (monitor) {
        monitor.notify();
    }
});

然而这样的话，显著不适合，有舞弊嫌疑，也不优雅。

谬误解法2–基于condition的signal

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Global1 {
    public static volatile int var = 1;
    public static final ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
    public static final Condition condition = reentrantLock.newCondition();

    public static void main(String[] args) {
        Thread a = new Thread(() -> {
            Global1.var++;
            final ReentrantLock lock = reentrantLock;
            lock.lock();
            try {
                condition.signal();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        });
        Thread b = new Thread(() -> {
            final ReentrantLock lock = reentrantLock;
            lock.lock();
            try {
                condition.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }

            if (Global1.var == 2) {
                //do something;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
            }
        });
        a.start();
        b.start();
    }
}

这个计划应用了 Condition 对象来实现 object 的 notify、wait 成果。当然，这个也有同样的问题。

正确解法1–基于谬误解法2进行改良

咱们看看，后面问题的本源在于，咱们线程 a，在去告诉线程 b 的时候，有可能线程 b 还没开始 wait，所以此时告诉生效。

那么，咱们是不是能够先等等，等线程 b 开始 wait 了，再去告诉呢？

Thread a = new Thread(() -> {
    Global1.var++;
    final ReentrantLock lock = reentrantLock;
    lock.lock();
    try {
        // 1
        while (!reentrantLock.hasWaiters(condition)) {
            Thread.yield();
        }
        condition.signal();
    } finally {
        lock.unlock();
    }
});

1 处代码，就是这个思维，在 signal 之前，判断以后 condition 上是否有 waiter 线程，如果没有，就死循环；如果有，才去执行 signal。

这个办法实测是可行的。

正确解法2

对正确解法 1，换一个 api，就变成了正确解法 2.

Thread a = new Thread(() -> {
    Global1.var++;
    final ReentrantLock lock = reentrantLock;
    lock.lock();
    try {
        // 1
        while (reentrantLock.getWaitQueueLength(condition) == 0) {
            Thread.yield();
        }
        condition.signal();
    } finally {
        lock.unlock();
    }
});

1 这里，获取 condition 上期待队列的长度，如果为 0，阐明没有期待者，则死循环。

正确解法3–基于Semaphore

刚开始，咱们初始化一个信号量，state 为 0。

线程 b 去获取信号量的时候，就会阻塞。

而后咱们线程 a 再去开释一个信号量，此时线程 b 就能够继续执行。

public class Global1 {
    public static volatile int var = 1;
    public static final Semaphore semaphore = new Semaphore(0);

    public static void main(String[] args) {
        Thread a = new Thread(() -> {
            Global1.var++;
            semaphore.release();
        });
        a.setName("thread a");
        Thread b = new Thread(() -> {
            try {
                semaphore.acquire();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            if (Global1.var == 2) {
                //do something;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
            }
        });
        b.setName("thread b");
        a.start();
        b.start();
    }
}

正确解法4–基于CountDownLatch

public class Global1 {
    public static volatile int var = 1;
    public static final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);

    public static void main(String[] args) {
        Thread a = new Thread(() -> {
            Global1.var++;
            countDownLatch.countDown();
        });
        a.setName("thread a");
        Thread b = new Thread(() -> {
            try {
                countDownLatch.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            if (Global1.var == 2) {
                //do something;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
            }
        });
        b.setName("thread b");
        a.start();
        b.start();
    }
}

正确解法5–基于BlockingQueue

这里应用了 ArrayBlockingQueue，其余的阻塞队列也是能够的。

public class Global1 {
    public static volatile int var = 1;
    public static final ArrayBlockingQueue arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<Object>(1);

    public static void main(String[] args) {
        Thread a = new Thread(() -> {
            Global1.var++;
            arrayBlockingQueue.offer(new Object());
        });
        a.setName("thread a");
        Thread b = new Thread(() -> {
            try {
                arrayBlockingQueue.take();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            if (Global1.var == 2) {
                //do something;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
            }
        });
        b.setName("thread b");
        a.start();
        b.start();
    }
}

正确解法6–基于FutureTask

咱们也能够让线程 b 期待一个 task 的执行后果。

而线程 a 在执行完批改 var 为 2 后，执行该工作，工作执行实现后，线程 b 就会被告诉继续执行。

public class Global1 {
    public static volatile int var = 1;
    public static final FutureTask futureTask = new FutureTask<Object>(new Callable<Object>() {
        @Override
        public Object call() throws Exception {
            System.out.println("callable task ");
            return null;
        }
    });

    public static void main(String[] args) {
        Thread a = new Thread(() -> {
            Global1.var++;
            futureTask.run();
        });
        a.setName("thread a");
        Thread b = new Thread(() -> {
            try {
                futureTask.get();
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            if (Global1.var == 2) {
                //do something;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
            }
        });
        b.setName("thread b");
        a.start();
        b.start();
    }
}

正确解法7–基于join

这个可能是最简洁直观的解法：

public class Global1 {
    public static volatile int var = 1;

    public static void main(String[] args) {
        Thread a = new Thread(() -> {
            Global1.var++;
        });
        a.setName("thread a");
        Thread b = new Thread(() -> {
            try {
                a.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            if (Global1.var == 2) {
                //do something;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
            }
        });
        b.setName("thread b");
        a.start();
        b.start();
    }
}

正确解法8–基于CompletableFuture

这个和第 6 种相似。都是基于 future。

public class Global1 {
    public static volatile int var = 1;
    public static final CompletableFuture<Object> completableFuture =
            new CompletableFuture<Object>();

    public static void main(String[] args) {
        Thread a = new Thread(() -> {
            Global1.var++;
            completableFuture.complete(new Object());
        });
        a.setName("thread a");
        Thread b = new Thread(() -> {
            try {
                completableFuture.get();
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            if (Global1.var == 2) {
                //do something;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
            }
        });
        b.setName("thread b");
        a.start();
        b.start();
    }
}

非阻塞–正确解法9–忙期待

这种代码量也少，只有线程 b 在变量为 1 时，死循环就行了。

public class Global1 {
    public static volatile int var = 1;

    public static void main(String[] args) {
        Thread a = new Thread(() -> {
            Global1.var++;
        });
        a.setName("thread a");
        Thread b = new Thread(() -> {
            while (var == 1) {
                Thread.yield();
            }

            if (Global1.var == 2) {
                //do something;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
            }
        });
        b.setName("thread b");
        a.start();
        b.start();
    }
}

非阻塞–正确解法10–忙期待

忙期待的计划很多，反正就是某个条件不满足时，不阻塞本人，阻塞了会开释 cpu，咱们就是不心愿开释 cpu 的。

比方像上面这样也能够：

public class Global1 {
    public static volatile int var = 1;
    public static final AtomicInteger atomicInteger =
            new AtomicInteger(1);

    public static void main(String[] args) {
        Thread a = new Thread(() -> {
            Global1.var++;
            atomicInteger.set(2);
        });
        a.setName("thread a");
        Thread b = new Thread(() -> {
            while (true) {
                boolean success = atomicInteger.compareAndSet(2, 1);
                if (success) {
                    break;
                } else {
                    Thread.yield();
                }
            }

            if (Global1.var == 2) {
                //do something;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
            }
        });
        b.setName("thread b");
        a.start();
        b.start();
    }
}

临时想了这么些，计划还是比拟多的，大家能够开动脑筋，头脑风暴吧。

看看你还有什么骚操作，能够在评论区留言。

关于java:最近遇到个Java面试题还有点意思呢

可见性保障

解法剖析

谬误解法1–基于wait

谬误解法2–基于condition的signal

正确解法1–基于谬误解法2进行改良

正确解法2

正确解法3–基于Semaphore

正确解法4–基于CountDownLatch

正确解法5–基于BlockingQueue

正确解法6–基于FutureTask

正确解法7–基于join

正确解法8–基于CompletableFuture

非阻塞–正确解法9–忙期待

非阻塞–正确解法10–忙期待

评论

发表回复取消回复

更多文章

DDN HPC 存储硬件架构设计深度分析

探秘IO500：从Lustre并行文件系统出发，开启HPC存储性能新征程

苹果iOS打包的ipa应用无法安装？一篇文章带你了解可能的原因及排查方法

图解Golang：从零开始实现简易版过期LRU缓存

关于java:最近遇到个Java面试题还有点意思呢

可见性保障

解法剖析

谬误解法1–基于wait

谬误解法2–基于condition的signal

正确解法1–基于谬误解法2进行改良

正确解法2

正确解法3–基于Semaphore

正确解法4–基于CountDownLatch

正确解法5–基于BlockingQueue

正确解法6–基于FutureTask

正确解法7–基于join

正确解法8–基于CompletableFuture

非阻塞–正确解法9–忙期待

非阻塞–正确解法10–忙期待

评论

发表回复 取消回复

更多文章

DDN HPC 存储硬件架构设计深度分析

探秘IO500：从Lustre并行文件系统出发，开启HPC存储性能新征程

苹果iOS打包的ipa应用无法安装？一篇文章带你了解可能的原因及排查方法

图解Golang：从零开始实现简易版过期LRU缓存

发表回复取消回复