一道百度java面试题的多种解法
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:
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。
示例:
1 import java.util.Vector;
2
3 public class Test {
4 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
5 Vector<Thread> vector = new Vector<>();
6 for(int i=0;i<5;i++) {
7 Thread childThread= new Thread(new Runnable() {
8
9 @Override
10 public void run() {
11 // TODO Auto-generated method stub
12 try {
13 Thread.sleep(1000);
14 } catch (InterruptedException e) {
15 // TODO Auto-generated catch block
16 e.printStackTrace();
17 }
18 System.out.println("子线程被执行");
19 }
20
21 });
22 vector.add(childThread);
23 childThread.start();
24 }
25 for(Thread thread : vector) {
26 thread.join();
27 }
28 System.out.println("主线程被执行");
29 }
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
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。
1 import java.util.Vector;
2 import java.util.concurrent.CountDownLatch;
3
4 public class Test2 {
5 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
6 final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);
7 for(int i=0;i<5;i++) {
8 Thread childThread= new Thread(new Runnable() {
9
10 @Override
11 public void run() {
12 // TODO Auto-generated method stub
13 try {
14 Thread.sleep(1000);
15 } catch (InterruptedException e) {
16 // TODO Auto-generated catch block
17 e.printStackTrace();
18 }
19 System.out.println("子线程被执行");
20 latch.countDown();
21 }
22
23 });
24
25 childThread.start();
26
27 }
28 latch.await();//阻塞当前线程直到latch中的值
29 System.out.println("主线程被执行");
30 }
31
32 }
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
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。
![](https://images.cnblogs.com/OutliningIndicators/ContractedBlock.gif)
1 package interview;
2
3 import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
4 import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
5
6 public class Test3 {
7 public static void main(String[] args) throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
8 final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5);
9 for(int i=0;i<4;i++) {
10 Thread childThread= new Thread(new Runnable() {
11
12 @Override
13 public void run() {
14 // TODO Auto-generated method stub
15 try {
16 Thread.sleep(1000);
17 } catch (InterruptedException e) {
18 // TODO Auto-generated catch block
19 e.printStackTrace();
20 }
21 System.out.println("子线程被执行");
22 try {
23 barrier.await();
24 } catch (InterruptedException e) {
25 // TODO Auto-generated catch block
26 e.printStackTrace();
27 } catch (BrokenBarrierException e) {
28 // TODO Auto-generated catch block
29 e.printStackTrace();
30 }
31 }
32
33 });
34
35 childThread.start();
36
37 }
38 barrier.await();//阻塞当前线程直到latch中的值
39 System.out.println("主线程被执行");
40 }
41 }
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
4.使用yield方法(注意此种方法经过亲自试验证明并不可靠!)
1 public class Test4 {
2 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
3 for(int i=0;i<5;i++) {
4 Thread childThread= new Thread(new Runnable() {
5
6 @Override
7 public void run() {
8 // TODO Auto-generated method stub
9 try {
10 Thread.sleep(1000);
11 } catch (InterruptedException e) {
12 // TODO Auto-generated catch block
13 e.printStackTrace();
14 }
15 System.out.println("子线程被执行");
16
17 }
18
19 });
20
21 childThread.start();
22
23 }
24 while (Thread.activeCount() > 2) { //保证前面的线程都执行完
25 Thread.yield();
26 }
27 System.out.println("主线程被执行");
28 }
29 }
执行结果:
1 子线程被执行
2 子线程被执行
3 子线程被执行
4 子线程被执行
5 主线程被执行
6 子线程被执行
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可用于闭锁,类似于CountDownLatch的作用
1 import java.util.concurrent.Callable; 2 import java.util.concurrent.ExecutionException; 3 import java.util.concurrent.FutureTask; 4 5 public class Test5 { 6 public static void main(String[] args) { 7 MyThread td = new MyThread(); 8 9 //1.执行 Callable 方式,需要 FutureTask 实现类的支持,用于接收运算结果。 10 FutureTask<Integer> result1 = new FutureTask<>(td); 11 new Thread(result1).start(); 12 FutureTask<Integer> result2 = new FutureTask<>(td); 13 new Thread(result2).start(); 14 FutureTask<Integer> result3 = new FutureTask<>(td); 15 new Thread(result3).start(); 16 17 Integer sum; 18 try { 19 sum = result1.get(); 20 sum = result2.get(); 21 sum = result3.get(); 22 //这里获取三个sum值只是为了同步,并没有实际意义 23 System.out.println(sum); 24 } catch (InterruptedException e) { 25 // TODO Auto-generated catch block 26 e.printStackTrace(); 27 } catch (ExecutionException e) { 28 // TODO Auto-generated catch block 29 e.printStackTrace(); 30 } //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 31 32 System.out.println("主线程被执行"); 33 34 } 35 36 } 37 38 class MyThread implements Callable<Integer> { 39 40 @Override 41 public Integer call() throws Exception { 42 int sum = 0; 43 Thread.sleep(1000); 44 for (int i = 0; i <= 10; i++) { 45 sum += i; 46 } 47 System.out.println("子线程被执行"); 48 return sum; 49 } 50 }
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);
1 import java.util.concurrent.Callable; 2 import java.util.concurrent.ExecutionException; 3 import java.util.concurrent.ExecutorService; 4 import java.util.concurrent.Executors; 5 import java.util.concurrent.Future; 6 7 public class Test6 { 8 public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { 9 ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool(); 10 Task task = new Task(); 11 Future<Integer> future1 = executor.submit(task); 12 Future<Integer> future2 = executor.submit(task); 13 //获取线程执行结果,用来同步 14 Integer result1 = future1.get(); 15 Integer result2 = future2.get(); 16 17 System.out.println("主线程执行"); 18 executor.shutdown(); 19 } 20 } 21 class Task implements Callable<Integer>{ 22 @Override public Integer call() throws Exception { 23 int sum = 0; 24 //do something; 25 System.out.println("子线程被执行"); 26 return sum; 27 } 28 }
执行结果:
子线程被执行
子线程被执行
主线程执行
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。
参考文献:
https://blog.csdn.net/u011277123/article/details/54015755/
https://blog.csdn.net/joenqc/article/details/76794356
https://blog.csdn.net/weixin_38553453/article/details/72921797
https://blog.csdn.net/LightOfMiracle/article/details/73456832
https://www.cnblogs.com/baizhanshi/p/6425209.html