大厂P7 Java程序员高频面试题-2

Posted 2021-08-29 四猿外

什么是原子操作？在Java Concurrency API 中有哪些原子类(atomic classes)？

原子操作（atomic operation）意为”不可被中断的一个或一系列操作” 。

处理器使用基于对缓存加锁或总线加锁的方式来实现多处理器之间的原子操作。

在Java 中可以通过锁和循环CAS 的方式来实现原子操作。CAS 操作——Compare & Set，或是Compare & Swap，现在几乎所有的CPU 指令都支持CAS的原子操作。

原子操作是指一个不受其他操作影响的操作任务单元。原子操作是在多线程环境下避免数据不一致必须的手段。

int++并不是一个原子操作，所以当一个线程读取它的值并加1 时，另外一个线程有可能会读到之前的值，这就会引发错误。

为了解决这个问题，必须保证增加操作是原子的，在JDK1.5 之前我们可以使用同步技术来做到这一点。到JDK1.5， java.util.concurrent.atomic 包提供了int 和long 类型的原子包装类，它们可以自动的保证对于他们的操作是原子的并且不需要使用同步。

java.util.concurrent 这个包里面提供了一组原子类。其基本的特性就是在多线程环境下， 当有多个线程同时执行这些类的实例包含的方法时，具有排他性，即当某个线程进入方法，执行其中的指令时， 不会被其他线程打断， 而别的线程就像自旋锁一样，一直等到该方法执行完成，才由JVM 从等待队列中选择一个另一个线程进入，这只是一种逻辑上的理解。

原子类： AtomicBoolean，AtomicInteger， AtomicLong， AtomicReference
原子数组：AtomicIntegerArray， AtomicLongArray，AtomicReferenceArray
原子属性更新器： AtomicLongFieldUpdater， AtomicIntegerFieldUpdater，tomicReferenceFieldUpdater
解决ABA 问题的原子类：AtomicMarkableReference（通过引入一个boolean来反映中间有没有变过）， AtomicStampedReference（通过引入一个int 来累加来反映中间有没有变过）

Java Concurrency API 中的Lock 接口(Lock interface)是什么？对比同步它有什么优势？

Lock 接口比同步方法和同步块提供了更具扩展性的锁操作。
他们允许更灵活的结构，可以具有完全不同的性质，并且可以支持多个相关类的条件对象。

它的优势有：
可以使锁更公平
可以使线程在等待锁的时候响应中断
可以让线程尝试获取锁，并在无法获取锁的时候立即返回或者等待一段时间
可以在不同的范围，以不同的顺序获取和释放锁

整体上来说Lock 是synchronized 的扩展版， Lock 提供了无条件的、可轮询的(tryLock 方法)、定时的(tryLock 带参方法)、可中断的(lockInterruptibly)、可多条件队列的(newCondition 方法)锁操作。另外Lock 的实现类基本都支持非公平锁(默认)和公平锁，synchronized 只支持非公平锁， 当然，在大部分情况下，非公平锁是高效的选择。

什么是Executors 框架？

Executor 框架是一个根据一组执行策略调用， 调度，执行和控制的异步任务的框架。

无限制的创建线程会引起应用程序内存溢出。所以创建一个线程池是个更好的的解决方案，因为可以限制线程的数量并且可以回收再利用这些线程。利用Executors 框架可以非常方便的创建一个线程池。

什么是阻塞队列？阻塞队列的实现原理是什么？如何使用阻塞队列来实现生产者-消费者模型？

阻塞队列（BlockingQueue）是一个支持两个附加操作的队列。

这两个附加的操作是：在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。当队列满时，存储元素的线程会等待队列可用。

阻塞队列常用于生产者和消费者的场景， 生产者是往队列里添加元素的线程， 消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器，而消费者也只从容器里拿元素。

JDK7 提供了7 个阻塞队列。分别是：

ArrayBlockingQueue ：一个由数组结构组成的有界阻塞队列。
LinkedBlockingQueue ：一个由链表结构组成的有界阻塞队列。
PriorityBlockingQueue ：一个支持优先级排序的无界阻塞队列。
DelayQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。
SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。
LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。
LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。

Java 5 之前实现同步存取时， 可以使用普通的一个集合， 然后在使用线程的协作和线程同步可以实现生产者，消费者模式，主要的技术就是用好，wait ,notify,notifyAll,sychronized 这些关键字。而在java 5 之后，可以使用阻塞队列来实现，此方式大大简少了代码量，使得多线程编程更加容易，安全方面也有保障。

BlockingQueue 接口是Queue 的子接口，它的主要用途并不是作为容器，而是作为线程同步的的工具，因此他具有一个很明显的特性，当生产者线程试图向BlockingQueue 放入元素时， 如果队列已满，则线程被阻塞， 当消费者线程试图从中取出一个元素时，如果队列为空，则该线程会被阻塞， 正是因为它所具有这
个特性， 所以在程序中多个线程交替向BlockingQueue 中放入元素， 取出元素，它可以很好的控制线程之间的通信。

阻塞队列使用最经典的场景就是socket 客户端数据的读取和解析，读取数据的线程不断将数据放入队列，然后解析线程不断从队列取数据解析。

什么是Callable 和Future?

Callable 接口类似于Runnable，从名字就可以看出来了，但是Runnable 不会返回结果， 并且无法抛出返回结果的异常， 而Callable 功能更强大一些， 被线程执行后，可以返回值，这个返回值可以被Future 拿到，也就是说，Future 可以拿到异步执行任务的返回值。

可以认为是带有回调的Runnable。

Future 接口表示异步任务，是还没有完成的任务给出的未来结果。所以说Callable用于产生结果，Future 用于获取结果。

什么是FutureTask?使用ExecutorService 启动任务。

在Java 并发程序中FutureTask 表示一个可以取消的异步运算。它有启动和取消运算、查询运算是否完成和取回运算结果等方法。只有当运算完成的时候结果才能取回，如果运算尚未完成get 方法将会阻塞。一个FutureTask 对象可以对调用了Callable 和Runnable 的对象进行包装，由于FutureTask 也是调用了Runnable接口所以它可以提交给Executor 来执行。