百度的一道 java 高频面试题的多种解法

考试结束,班级平均分只拿到了年级第二,班主任于是问道:大家都知道世界第一高峰珠穆朗玛峰,有人知道世界第二高峰是什么吗?正当班主任要继续发话,只听到角落默默想起来一个声音:” 乔戈里峰

前言

文章出自: www.cnblogs.com/dudu19939/p…
这道题是群里的朋友的投稿,上面是这位朋友的原文博客链接,这道题目我在百度的面试也遇到过,当时这位朋友在这个问题的博客也与我交流过,我也贡献了其中一种方法,嘿嘿,最后看了这位朋友的成文,觉得写得很不错,望与诸君共勉(PS: 欢迎大家投稿
)。

题目

下面是我在2018年10月11日二面百度的时候的一个问题:

java程序,主进程需要等待多个子进程结束之后再执行后续的代码,有哪些方案可以实现?这个需求其实我们在工作中经常会用到,比如用户下单一个产品,后台会做一系列的处理,为了提高效率,每个处理都可以用一个线程来执行,所有处理完成了之后才会返回给用户下单成功,欢迎大家批评指正。

解法

1.join方法

使用Thread的join()等待所有的子线程执行完毕,主线程在执行,thread.join()把指定的线程加入到当前线程,可以将两个交替执行的线程合并为顺序执行的线程。比如在线程B中调用了线程A的join()方法,直到线程A执行完毕后,才会继续执行线程B。

import java.util.Vector;

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Vector<Thread> vector = new Vector<>();
        for(int i=0;i<5;i++) {
            Thread childThread= new Thread(new Runnable() {

                @Override
                public void run() {
                    // TODO Auto-generated method stub
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("子线程被执行");
                }
                
            });
            vector.add(childThread);
            childThread.start();
        }
        for(Thread thread : vector) {
            thread.join();
        }
        System.out.println("主线程被执行");
    }
复制代码

执行结果

子线程被执行
子线程被执行
子线程被执行
子线程被执行
子线程被执行
主线程被执行
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2.等待多线程完成的CountDownLatch

CountDownLatch的概念

CountDownLatch是一个同步工具类,用来协调多个线程之间的同步,或者说起到线程之间的通信(而不是用作互斥的作用)。

CountDownLatch能够使一个线程在等待另外一些线程完成各自工作之后,再继续执行。使用一个计数器进行实现。计数器初始值为线程的数量。当每一个线程完成自己任务后,计数器的值就会减一。当计数器的值为0时,表示所有的线程都已经完成了任务,然后在CountDownLatch上等待的线程就可以恢复执行任务。
CountDownLatch的用法

CountDownLatch典型用法1:某一线程在开始运行前等待n个线程执行完毕。将CountDownLatch的计数器初始化为n new CountDownLatch(n) ,每当一个任务线程执行完毕,就将计数器减1 countdownlatch.countDown(),当计数器的值变为0时,在CountDownLatch上 await() 的线程就会被唤醒。一个典型应用场景就是启动一个服务时,主线程需要等待多个组件加载完毕,之后再继续执行。

CountDownLatch典型用法2:实现多个线程开始执行任务的最大并行性。注意是并行性,不是并发,强调的是多个线程在某一时刻同时开始执行。类似于赛跑,将多个线程放到起点,等待发令枪响,然后同时开跑。做法是初始化一个共享的CountDownLatch(1),将其计数器初始化为1,多个线程在开始执行任务前首先 coundownlatch.await(),当主线程调用 countDown() 时,计数器变为0,多个线程同时被唤醒。
CountDownLatch的不足

CountDownLatch是一次性的,计数器的值只能在构造方法中初始化一次,之后没有任何机制再次对其设置值,当CountDownLatch使用完毕后,它不能再次被使用。

import java.util.Vector;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class Test2 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);
        for(int i=0;i<5;i++) {
            Thread childThread= new Thread(new Runnable() {

                @Override
                public void run() {
                    // TODO Auto-generated method stub
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("子线程被执行");
                    latch.countDown();
                }
                
            });
            
            childThread.start();
            
        }
        latch.await();//阻塞当前线程直到latch中的值
        System.out.println("主线程被执行");
    }
    
}
复制代码

执行结果:

子线程被执行
子线程被执行
子线程被执行
子线程被执行
子线程被执行
主线程被执行
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3.同步屏障CyclicBarrier

这里必须注意,CylicBarrier是控制一组线程的同步,初始化的参数:5的含义是包括主线程在内有5个线程,所以只能有四个子线程,这与CountDownLatch是不一样的。

countDownLatch和cyclicBarrier有什么区别呢,他们的区别:countDownLatch只能使用一次,而CyclicBarrier方法可以使用reset()方法重置,所以CyclicBarrier方法可以能处理更为复杂的业务场景。

我曾经在网上看到一个关于countDownLatch和cyclicBarrier的形象比喻,就是在百米赛跑的比赛中若使用 countDownLatch的话冲过终点线一个人就给评委发送一个人的成绩,10个人比赛发送10次,如果用CyclicBarrier,则只在最后一个人冲过终点线的时候发送所有人的数据,仅仅发送一次,这就是区别。

package interview;

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class Test3 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
        final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5);
        for(int i=0;i<4;i++) {
            Thread childThread= new Thread(new Runnable() {

                @Override
                public void run() {
                    // TODO Auto-generated method stub
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("子线程被执行");
                    try {
                        barrier.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    } catch (BrokenBarrierException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                
            });
            
            childThread.start();
            
        }
        barrier.await();//阻塞当前线程直到latch中的值
        System.out.println("主线程被执行");
    }
}
复制代码

执行结果:

子线程被执行
子线程被执行
子线程被执行
子线程被执行
主线程被执行
复制代码

4.使用yield方法(注意此种方法经过亲自试验证明并不可靠!)

public class Test4 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for(int i=0;i<5;i++) {
            Thread childThread= new Thread(new Runnable() {

                @Override
                public void run() {
                    // TODO Auto-generated method stub
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("子线程被执行");
                    
                }
                
            });
            
            childThread.start();
            
        }
        while (Thread.activeCount() > 2) {  //保证前面的线程都执行完
            Thread.yield();
        }
        System.out.println("主线程被执行");
    }
}
复制代码

执行结果:

子线程被执行
子线程被执行
子线程被执行
子线程被执行
主线程被执行
子线程被执行
复制代码

为何yield方法会出现这样的问题?

使当前线程从执行状态(运行状态)变为可执行态(就绪状态)。cpu会从众多的可执行态里选择,也就是说,当前也就是刚刚的那个线程还是有可能会被再次执行到的,并不是说一定会执行其他线程而该线程在下一次中不会执行到了。

Java线程中有一个Thread.yield( )方法,很多人翻译成线程让步。顾名思义,就是说当一个线程使用了这个方法之后,它就会把自己CPU执行的时间让掉,让自己或者其它的线程运行。

打个比方:现在有很多人在排队上厕所,好不容易轮到这个人上厕所了,突然这个人说:“我要和大家来个竞赛,看谁先抢到厕所!”,然后所有的人在同一起跑线冲向厕所,有可能是别人抢到了,也有可能他自己有抢到了。我们还知道线程有个优先级的问题,那么手里有优先权的这些人就一定能抢到厕所的位置吗? 不一定的,他们只是概率上大些,也有可能没特权的抢到了。

yield的本质是把当前线程重新置入抢CPU时间的”队列”(队列只是说所有线程都在一个起跑线上.并非真正意义上的队列)。

5.FutureTast可用于闭,类似于CountDownLatch的作用

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

public class Test5 {
     public static void main(String[] args) {
        MyThread td = new MyThread();
          
        //1.执行 Callable 方式,需要 FutureTask 实现类的支持,用于接收运算结果。
        FutureTask<Integer> result1 = new FutureTask<>(td);
        new Thread(result1).start();
        FutureTask<Integer> result2 = new FutureTask<>(td);
        new Thread(result2).start();
        FutureTask<Integer> result3 = new FutureTask<>(td);
        new Thread(result3).start();
          
        Integer sum;
        try {
                sum = result1.get();
                sum = result2.get();
                sum = result3.get();
                //这里获取三个sum值只是为了同步,并没有实际意义
                System.out.println(sum);
        } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
        }  //FutureTask 可用于 闭锁 类似于CountDownLatch的作用,在所有的线程没有执行完成之后这里是不会执行的
            
        System.out.println("主线程被执行");
           
        }
     
    }
     
    class MyThread implements Callable<Integer> {
     
        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            int sum = 0;
            Thread.sleep(1000);
            for (int i = 0; i <= 10; i++) {
                sum += i;
            }
            System.out.println("子线程被执行");
            return sum;
        }
}
复制代码

6.使用callable+future

Callable+Future最终也是以Callable+FutureTask的形式实现的。
在这种方式中调用了: Future future = executor.submit(task);

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

public class Test6 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { 
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool(); 
        Task task = new Task(); 
        Future<Integer> future1 = executor.submit(task); 
        Future<Integer> future2 = executor.submit(task);
        //获取线程执行结果,用来同步
        Integer result1 = future1.get();
        Integer result2 = future2.get();
        
        System.out.println("主线程执行");
        executor.shutdown();
        } 
}
class Task implements Callable<Integer>{ 
        @Override public Integer call() throws Exception { 
            int sum = 0; 
            //do something; 
            System.out.println("子线程被执行");
            return sum; 
            }
}
复制代码

执行结果:

子线程被执行
子线程被执行
主线程执行
复制代码

补充:

1)CountDownLatch和CyclicBarrier都能够实现线程之间的等待,只不过它们侧重点不同:

CountDownLatch一般用于某个线程A等待若干个其他线程执行完任务之后,它才执行;

而CyclicBarrier一般用于一组线程互相等待至某个状态,然后这一组线程再同时执行;

另外,CountDownLatch是不能够重用的,而CyclicBarrier是可以重用的。

2)Semaphore其实和锁有点类似,它一般用于控制对某组资源的访问权限。

CountDownLatch类实际上是使用计数器的方式去控制的,不难想象当我们初始化CountDownLatch的时候传入了一个int变量这个时候在类的内部初始化一个int的变量,每当我们调用countDownt()方法的时候就使得这个变量的值减1,而对于await()方法则去判断这个int的变量的值是否为0,是则表示所有的操作都已经完成,否则继续等待。
实际上如果了解AQS的话应该很容易想到可以使用AQS的共享式获取同步状态的方式来完成这个功能。而CountDownLatch实际上也就是这么做的。

原文 

https://juejin.im/post/5be1bf40e51d450e0d3984bc

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