多线程并发库高级应用 之 使用java5中同步技术的3个面试题
第一题：
现有的程序代码模拟产生了16个日志对象，并且需要运行16秒才能打印完这些日志，请在程序中增加4个线程去调用parseLog()方法来分头打印
这16个日志对象，程序只需要运行4秒即可打印完这些日志对象。
原始代码：
public class Test {
public static void main(String[] args){
System.out.println("begin:"+(System.currentTimeMillis()/1000));
/*模拟处理16行日志，下面的代码产生了16个日志对象，当前代码需要运行16秒才能打印完这些日志。
修改程序代码，开四个线程让这16个对象在4秒钟打完。
*/
for(int i=0;i<16;i++){ //这行代码不能改动
final String log = ""+(i+1); //这行代码不能改动
{
Test.parseLog(log);
}
}
}
//parseLog方法内部的代码不能改动
public static void parseLog(String log){
System.out.println(log+":"+(System.currentTimeMillis()/1000));
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
实现：通过阻塞队列实现线程间的通信
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
//BlockingQueue
public class Test {
public static void main(String[] args){
//创建一个空间大小为16的阻塞队列，空间大小可以任意，因为每次打印都要1秒，在此期间，
//4个线程足以不断去从队列中取数据，然后打印,即在1秒内打印4条日志信息
final BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<String>(16);
//开启4个线程打印
for(int i=0;i<4;i++){
new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run() {
while(true){
try {
String log = queue.take(); //开始没有数据，阻塞，一旦有其中一个线程就去取
//数据，即不再阻塞，就开始打印
parseLog(log);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}).start();
}
//打印秒数
System.out.println("begin:"+(System.currentTimeMillis()/1000));
for(int i=0;i<16;i++){ //这行代码不能改动
final String log = ""+(i+1);//这行代码不能改动
{
try {
queue.put(log); //向队列中存储数据
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//Test.parseLog(log);
}
}
}
//parseLog方法内部的代码不能改动
public static void parseLog(String log){
System.out.println(log+":"+(System.currentTimeMillis()/1000));
try {
Thread.sleep(1000); //模拟每条日志打印需要1秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
第二题：
现成程序中的Test类中的代码在不断地产生数据，然后交给TestDo.doSome()方法去处理，就好像生产者在不断地产生数据，消费者在不断消费数据。
请将程序改造成有10个线程来消费生成者产生的数据，这些消费者都调用TestDo.doSome()方法去进行处理，故每个消费者都需要一秒才能处理完，程
序应保证这些消费者线程依次有序地消费数据，只有上一个消费者消费完后，下一个消费者才能消费数据，下一个消费者是谁都可以，但要保证这些消
费者线程拿到的数据是有顺序的。
原始代码：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("begin:"+(System.currentTimeMillis()/1000));
for(int i=0;i<10;i++){ //这行不能改动
String input = i+""; //这行不能改动
String output = TestDo.doSome(input);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ ":" + output);
}
}
}
//不能改动此TestDo类
class TestDo {
public static String doSome(String input){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
String output = input + ":"+ (System.currentTimeMillis() / 1000);
return output;
}
}在实现之前先介绍一个阻塞队列：SynchronousQuene
一种阻塞队列，其中每个插入操作必须等待另一个线程的对应移除操作 ，反之亦然。
同步队列没有任何内部容量，甚至连一个队列的容量都没有。除非另一个线程试图移除某个元素，否则也不能（使用任何方法）插入元素；
也不能迭代队列，因为其中没有元素可用于迭代。
应用：
它非常适合于传递性设计，在这种设计中，在一个线程中运行的对象要将某些信息、事件或任务传递给在另一个线程中运行的对象，
它就必须与该对象同步。
代码实现：
import java.util.concurrent.SynchronousQueue;
/*Semaphore与SynchronousQueue的混合使用。
由于Semaphore只有1个许可权，所以谁先拿到谁执行，然后释放，保证依次执行,
用锁也行，只要保证一个线程执行即可
SynchronousQueue是必须有其他线程取的动作，这样一一对应
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) {
//定义一个许可权为1的信号灯
final Semaphore semaphore = new Semaphore(1);
//产生的结果无序
final SynchronousQueue<String> queue = new SynchronousQueue<String>();
//产生10个线程
for(int i=0;i<10;i++){
new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run() {
try {
semaphore.acquire(); //获取许可
String input = queue.take(); //获取并移除此队列的头
String output = TestDo.doSome(input);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ ":" + output);
semaphore.release(); //释放许可
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
System.out.println("begin:"+(System.currentTimeMillis()/1000));
for(int i=0;i<10;i++){ //这行不能改动
String input = i+""; //这行不能改动
try {
queue.put(input); //将指定元素添加到此队列
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
}
//不能改动此TestDo类
class TestDo {
public static String doSome(String input){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
String output = input + ":"+ (System.currentTimeMillis() / 1000);
return output;
}
}第三题：
现有程序同时启动了4个线程去调用TestDo.doSome(key, value)方法，由于TestDo.doSome(key, value)方法内的代码是先暂停1秒，然后再输出以秒为
单位的当前时间值，所以，会打印出4个相同的时间值，如下所示：
4:4:1258199615
1:1:1258199615
3:3:1258199615
1:2:1258199615
请修改代码，如果有几个线程调用TestDo.doSome(key, value)方法时，传递进去的key相等（equals比较为true），则这几个线程应互斥排队输出结果，
即当有两个线程的key都是"1"时，它们中的一个要比另外其他线程晚1秒输出结果，如下所示：
4:4:1258199615
1:1:1258199615
3:3:1258199615
1:2:1258199616
总之，当每个线程中指定的key相等时，这些相等key的线程应每隔一秒依次输出时间值（要用互斥），如果key不同，则并行执行（相互之间不互斥）。
原始代码：
//不能改动此Test类
public class Test extends Thread{
private TestDo testDo;
private String key;
private String value;
public Test(String key,String key2,String value){
this.testDo = TestDo.getInstance();
/*常量"1"和"1"是同一个对象，下面这行代码就是要用"1"+""的方式产生新的对象，
以实现内容没有改变，仍然相等（都还为"1"），但对象却不再是同一个的效果*/
this.key = key+key2;
this.value = value;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
Test a = new Test("1","","1");
Test b = new Test("1","","2");
Test c = new Test("3","","3");
Test d = new Test("4","","4");
System.out.println("begin:"+(System.currentTimeMillis()/1000));
a.start();
b.start();
c.start();
d.start();
}
public void run(){
testDo.doSome(key, value);
}
}
class TestDo {
private TestDo() {}
private static TestDo _instance = new TestDo();
public static TestDo getInstance() {
return _instance;
}
public void doSome(Object key, String value) {
// 以大括号内的是需要局部同步的代码，不能改动!
{
try {
Thread.sleep(1000);
System.out.println(key+":"+value + ":"
+ (System.currentTimeMillis() / 1000));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}对于源代码中关于实现值相同而对象不同的效果进行解释：
对于：
a = "1"+"";
b = "1"+""
编译器自动优化，所以a和b是同一个对象
而对于：key = key+key2;
由于是变量，编译器无法识别，这时a和b把“1”和“”赋值给key和key2时会得到两个不同的对象
思想：
将集合中的对象作为同步代码块的锁，即this锁，每次将对象存入集合中的时候，就判断是否原集合中已经存在一个与将要存入集合的对象值相同
的对象，即用equals比较，如果有，那么就获取原来的这个对象，把这个对象作为将要存入对象的锁，这样它们持有的就是同一把锁，即可实现互
斥，这样就可以实现值相同的对象在不同的时刻打印的效果
代码中出现的问题：
在遍历ArrayList集合查找与要存入值相同元素的时候，进行了添加的动作，所以会出现并发修改异常，因此使用并发的CopyOnWriteArrayList
代码实现：
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
//不能改动此Test类
public class Test extends Thread{
private TestDo testDo;
private String key;
private String value;
public Test(String key,String key2,String value){
this.testDo = TestDo.getInstance();
/*常量"1"和"1"是同一个对象，下面这行代码就是要用"1"+""的方式产生新的对象，
以实现内容没有改变，仍然相等（都还为"1"），但对象却不再是同一个的效果*/
this.key = key+key2; //这里是变量，所以不会优化
/* a = "1"+"";
b = "1"+""
编译器自动优化，所以a和b是同一个对象
*/
this.value = value;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
Test a = new Test("1","","1");
Test b = new Test("1","","2");
Test c = new Test("3","","3");
Test d = new Test("4","","4");
System.out.println("begin:"+(System.currentTimeMillis()/1000));
a.start();
b.start();
c.start();
d.start();
}
public void run(){
testDo.doSome(key, value);
}
}
class TestDo {
private TestDo() {}
private static TestDo _instance = new TestDo();
public static TestDo getInstance() {
return _instance;
}
//private ArrayList keys = new ArrayList();
//迭代的时候不能修改数据，所以使用同步的ArrayList
private CopyOnWriteArrayList keys = new CopyOnWriteArrayList();
public void doSome(Object key, String value) {
Object o = key;
if(!keys.contains(o)){ //比较是否已经存入了一个相同值的对象
keys.add(o);
}else{
//迭代，找出原集合里和传进来的值相同的对象
for(Iterator iter=keys.iterator();iter.hasNext();){
try {
Thread.sleep(20); //迭代的时候休息一会，在ArrayList下演示并发修改异常
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
Object oo = iter.next();
if(oo.equals(o)){ //如果两个对象的值相同
o = oo; //就让原集合中的那个相等值的对象作为锁对象，由于原对象之前做的就是锁
//这样两个锁就相同了，就可以实现互斥
break;
}
}
}
synchronized(o)
// 以大括号内的是需要局部同步的代码，不能改动!
{
try {
Thread.sleep(1000);
System.out.println(key+":"+value + ":"
+ (System.currentTimeMillis() / 1000));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
