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高并发编程基础知识

08-06 11:30 359浏览
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1.多线程和单线程的区别和联系?

答:在单核CPU中,将CPU分为很小的时间片,在每一时刻只能有一个线程在执行,是一种微观上轮流占用CPU的机制。

多线程会存在线程上下文切换,会导致程序执行速度变慢,即采用一个拥有两个线程的进程执行所需要的时间比一个线程的进程执行两次所需要的时间要多一些。

结论:即采用多线程不会提高程序的执行速度,反而会降低速度,但是对于用户来说,可以减少用户的响应时间。

面试官:那使用多线程有什么优势?

解析:尽管面临很多挑战,多线程有一些优点仍然使得它一直被使用,而这些优点我们应该了解。

答:(1)资源利用率更好

想象一下,一个应用程序需要从本地文件系统中读取和处理文件的情景。比方说,从磁盘读取一个文件需要5秒,处理一个文件需要2秒。处理两个文件则需要:

 5秒读取文件A
 2秒处理文件A
 5秒读取文件B
 2秒处理文件B
 ---------------------
 总共需要14秒

从磁盘中读取文件的时候,大部分的CPU时间用于等待磁盘去读取数据。在这段时间里,CPU非常的空闲。它可以做一些别的事情。通过改变操作的顺序,就能够更好的使用CPU资源。看下面的顺序:

 5秒读取文件A
 5秒读取文件B + 2秒处理文件A
 2秒处理文件B
 ---------------------
 总共需要12秒

CPU等待第一个文件被读取完。然后开始读取第二个文件。当第二文件在被读取的时候,CPU会去处理第一个文件。记住,在等待磁盘读取文件的时候,CPU大部分时间是空闲的。

总的说来,CPU能够在等待IO的时候做一些其他的事情。这个不一定就是磁盘IO。它也可以是网络的IO,或者用户输入。通常情况下,网络和磁盘的IO比CPU和内存的IO慢的多。

(2)程序设计在某些情况下更简单

在单线程应用程序中,如果你想编写程序手动处理上面所提到的读取和处理的顺序,你必须记录每个文件读取和处理的状态。相反,你可以启动两个线程,每个线程处理一个文件的读取和操作。线程会在等待磁盘读取文件的过程中被阻塞。在等待的时候,其他的线程能够使用CPU去处理已经读取完的文件。其结果就是,磁盘总是在繁忙地读取不同的文件到内存中。这会带来磁盘和CPU利用率的提升。而且每个线程只需要记录一个文件,因此这种方式也很容易编程实现。

(3)程序响应更快

有时我们会编写一些较为复杂的代码(这里的复杂不是说复杂的算法,而是复杂的业务逻辑),例如,一笔订单的创建,它包括插入订单数据、生成订单赶快找、发送邮件通知卖家和记录货品销售数量等。用户从单击“订购”按钮开始,就要等待这些操作全部完成才能看到订购成功的结果。但是这么多业务操作,如何能够让其更快地完成呢?

在上面的场景中,可以使用多线程技术,即将数据一致性不强的操作派发给其他线程处理(也可以使用消息队列),如生成订单快照、发送邮件等。这样做的好处是响应用户请求的线程能够尽可能快地处理完成,缩短了响应时间,提升了用户体验。

多线程还有一些优势也显而易见:

(1)进程之前不能共享内存,而线程之间共享内存(堆内存)则很简单。

(2)系统创建进程时需要为该进程重新分配系统资源,创建线程则代价小很多,因此实现多任务并发时,多线程效率更高.

(3)Java语言本身内置多线程功能的支持,而不是单纯第作为底层系统的调度方式,从而简化了多线程编程.

2.多线程一定快吗?

答:不一定。

比如,我们尝试使用并行和串行来分别执行累加的操作观察是否并行执行一定比串行执行更快:

以下是测试的结果,可以看出,当不超过1百万的时候,并行是明显比串行要慢的,为什么并发执行的速度会比串行慢呢?这是因为线程有创建和上下文切换的开销。

3.什么是同步?什么又是异步?

解析:这是对多线程基础知识的考察

答:同步和异步通常用来形容一次方法调用。

同步方法调用一旦开始,调用者必须等到方法返回后,才能继续后续的行为。这就好像是我们去商城买一台空调,你看中了一台空调,于是就跟售货员下了单,然后售货员就去仓库帮你调配物品,这天你热的实在不行,就催着商家赶紧发货,于是你就在商店里等着,知道商家把你和空调都送回家,一次愉快的购物才结束,这就是同步调用。

而异步方法更像是一个消息传递,一旦开始,方法调用就会立即返回,调用者就可以继续后续的操作。回到刚才买空调的例子,我们可以坐在里打开电脑,在网上订购一台空调。当你完成网上支付的时候,对你来说购物过程已经结束了。虽然空调还没有送到家,但是你的任务都已经完成了。商家接到你的订单后,就会加紧安排送货,当然这一切已经跟你无关了,你已经支付完成,想什么就能去干什么了,出去溜达几圈都不成问题。等送货上门的时候,接到商家电话,回家一趟签收即可。这就是异步调用。

面试官:那并发(Concurrency)和并行(Parallelism)的区别呢?

解析:并行性和并发性是既相似又有区别的两个概念。

答:并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生。而并发性是指连个或多个事件在同一时间间隔内发生。

在多道程序环境下,并发性是指在一段时间内宏观上有多个程序在同时运行,但在单处理机环境下(一个处理器),每一时刻却仅能有一道程序执行,故微观上这些程序只能是分时地交替执行。例如,在1秒钟时间内,0-15ms程序A运行;15-30ms程序B运行;30-45ms程序C运行;45-60ms程序D运行,因此可以说,在1秒钟时间间隔内,宏观上有四道程序在同时运行,但微观上,程序A、B、C、D是分时地交替执行的。

如果在计算机系统中有多个处理机,这些可以并发执行的程序就可以被分配到多个处理机上,实现并发执行,即利用每个处理机处理一个可并发执行的程序。这样,多个程序便可以同时执行。以此就能提高系统中的资源利用率,增加系统的吞吐量。

4.什么是阻塞(Blocking)和非阻塞(Non-Blocking)?

答:阻塞和非阻塞通常用来形容多线程间的相互影响。比如一个线程占用了临界区资源,那么其他所有需要这个而资源的线程就必须在这个临界区中进行等待。等待会导致线程挂起,这种情况就是阻塞。此时,如果占用资源的线程一直不愿意释放资源,那么其他所有阻塞在这个临界区上的线程都不能工作。

非阻塞的意思与之相反,它强调没有一个线程可以妨碍其他线程执行。所有的线程都会尝试不断前向执行。

面试官:临界区是什么?

答:临界区用来表示一种公共资源或者说是共享资源,可以被多个线程使用。但是每一次,只能有一个线程使用它,一旦临界区资源被占用,其他线程要想使用这个资源,就必须等待。

比如,在一个办公室里有一台打印机,打印机一次只能执行一个任务。如果小王和小明同时需要打印文件,很显然,如果小王先下发了打印任务,打印机就开始打印小王的文件了,小明的任务就只能等待小王打印结束后才能打印,这里的打印机就是一个临界区的例子。

在并行程序中,临界区资源是保护的对象,如果意外出现打印机同时执行两个打印任务,那么最可能的结果就是打印出来的文件就会是损坏的文件,它既不是小王想要的,也不是小明想要的。

5.多线程产生死锁的 4 个必要条件?

答:互斥条件:一个资源每次只能被一个线程使用;

请求与保持条件:一个线程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放;

不剥夺条件:进程已经获得的资源,在未使用完之前,不能强行剥夺;

循环等待条件:若干线程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

面试官:如何避免死锁?(经常接着问这个问题哦~)

答:指定获取锁的顺序,举例如下:

比如某个线程只有获得 A 锁和 B 锁才能对某资源进行操作,在多线程条件下,如何避免死锁?

获得锁的顺序是一定的,比如规定,只有获得 A 锁的线程才有资格获取 B 锁,按顺序获取锁就可以避免死锁!!!

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