多线程问题整理

2020-05-06 16:32:05来源：博客园阅读 ()

多线程问题整理

1.如何实现一个生产者和消费者模型？（锁、信号量、线程通信、阻塞队列等）

Java生产者和消费者模型的5种实现方式

2.如何理解线程的同步和异步、阻塞和非阻塞？

作者：Yi Lu
链接：https://www.zhihu.com/question/19732473/answer/20851256
来源：知乎

“阻塞”与"非阻塞"与"同步"与“异步"不能简单的从字面理解，提供一个从分布式系统角度的回答。
1.同步与异步
同步和异步关注的是消息通信机制 (synchronous communication/ asynchronous communication)
所谓同步，就是在发出一个调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。但是一旦调用返回，就得到返回值了。
换句话说，就是由调用者主动等待这个调用的结果。

而异步则是相反，调用*在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果。换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果。而是在调用发出后，被调用者*通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。

典型的异步编程模型比如Node.js

举个通俗的例子：
你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，如果是同步通信机制，书店老板会说，你稍等，”我查一下"，然后开始查啊查，等查好了（可能是5秒，也可能是一天）告诉你结果（返回结果）。
而异步通信机制，书店老板直接告诉你我查一下啊，查好了打电话给你，然后直接挂电话了（不返回结果）。然后查好了，他会主动打电话给你。在这里老板通过“回电”这种方式来回调。

阻塞与非阻塞

阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态.

阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。
非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。

还是上面的例子，
你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，你如果是阻塞式调用，你会一直把自己“挂起”，直到得到这本书有没有的结果，如果是非阻塞式调用，你不管老板有没有告诉你，你自己先一边去玩了，当然你也要偶尔过几分钟check一下老板有没有返回结果。
在这里阻塞与非阻塞与是否同步异步无关。跟老板通过什么方式回答你结果无关。

如果是关心阻塞 IO/ 异步 IO, 参考 Unix Network Programming View Book

还是2014年写的以解释概念为主，主要是同步异步阻塞和非阻塞会被用在不同层面上，可能会有不准确的地方，并没有针对阻塞 IO/ 异步 IO 等进行讨论，大家可以后续看看这两个回答：

怎样理解阻塞非阻塞与同步异步的区别？

3.线程池处理任务的流程是怎样的？

1，首先线程池判断基本线程池是否已满（< corePoolSize ？）？没满，创建一个工作线程来执行任务。满了，则进入下个流程。

2，其次线程池判断工作队列是否已满？没满，则将新提交的任务存储在工作队列里。满了，则进入下个流程。

3，最后线程池判断整个线程池是否已满（< maximumPoolSize ？）？没满，则创建一个新的工作线程来执行任务，满了，则交给饱和策略来处理这个任务。

总结：线程池优先要创建出基本线程池大小（corePoolSize）的线程数量，没有达到这个数量时，每次提交新任务都会直接创建一个新线程，当达到了基本线程数量后，又有新任务到达，优先放入等待队列，如果队列满了，才去创建新的线程（不能超过线程池的最大数maxmumPoolSize）

4.wait和sleep有什么不同？

区别1：使用限制

使用 sleep 方法可以让让当前线程休眠，时间一到当前线程继续往下执行，在任何地方都能使用，但需要捕获 InterruptedException 异常。

try {
    Thread.sleep(3000L);
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
}

而使用 wait 方法则必须放在 synchronized 块里面，同样需要捕获 InterruptedException 异常，并且需要获取对象的锁。

synchronized (lock){
    try {
        lock.wait();
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

而且 wait 还需要额外的方法 notify/ notifyAll 进行唤醒，它们同样需要放在 synchronized 块里面，且获取对象的锁。。

synchronized (lock) {
    // 随机唤醒
    lock.notify();

    // 唤醒全部
    lock.notifyAll();
}

当然也可以使用带时间的 wait(long millis) 方法，时间一到，无需其他线程唤醒，也会重新竞争获取对象的锁继续执行。

区别2：使用场景

sleep 一般用于当前线程休眠，或者轮循暂停操作，wait 则多用于多线程之间的通信。

区别3：所属类

sleep 是 Thread 类的静态本地方法，wait 则是 Object 类的本地方法。

java.lang.Thread#sleep

public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;

java.lang.Object#wait

public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;

为什么要这样设计呢？

因为 sleep 是让当前线程休眠，不涉及到对象类，也不需要获得对象的锁，所以是线程类的方法。wait 是让获得对象锁的线程实现等待，前提是要楚获得对象的锁，所以是类的方法。

区别4：释放锁

Object lock = new Object();
synchronized (lock) {
    try {
        lock.wait(3000L);
        Thread.sleep(2000L);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

如上代码所示，wait 可以释放当前线程对 lock 对象锁的持有，而 sleep 则不会。

区别5：线程切换

sleep 会让出 CPU 执行时间且强制上下文切换，而 wait 则不一定，wait 后可能还是有机会重新竞争到锁继续执行的。

5.Synchronized和ReentrantLock有什么不同？各适合什么场景？

1、ReentrantLock 拥有Synchronized相同的并发性和内存语义，此外还多了锁投票，定时锁等候和中断锁等候

example：线程A和B都要获取对象O的锁定，假设A获取了对象O锁，B将等待A释放对O的锁定，如果使用 synchronized ，如果A不释放，B将一直等下去，不能被中断如果使用ReentrantLock，如果A不释放，可以使B在等待了足够长的时间以后，中断等待，而干别的事情

ReentrantLock获取锁定与三种方式：

lock(), 如果获取了锁立即返回，如果别的线程持有锁，当前线程则一直处于休眠状态，直到获取锁
tryLock(), 如果获取了锁立即返回true，如果别的线程正持有锁，立即返回false；
tryLock(long timeout,TimeUnit unit)，如果获取了锁定立即返回true，如果别的线程正持有锁，会等待参数给定的时间，在等待的过程中，如果获取了锁定，就返回true，如果等待超时，返回false；
lockInterruptibly:如果获取了锁定立即返回，如果没有获取锁定，当前线程处于休眠状态，直到或者锁定，或者当前线程被别的线程中断