Java 面试知识点解析(二)——高并发编程篇

Java 面试知识点解析(二)——高并发编程篇

前言:

在遨游了一番 Java Web 的世界之后,发现了自己的一些缺失,所以就着一篇深度好文: ,来好好的对 Java 知识点进行复习和学习一番,大部分内容参照自这一篇文章,有一些自己补充的,也算是重新学习一下 Java 吧。

前序文章链接:

Java 面试知识点解析(一)——基础知识篇

(一)高并发编程基础知识

这里涉及到一些基础的概念,我重新捧起了一下《实战 Java 高并发程序设计》这一本书,感觉到心潮澎湃,这或许就是笔者叙述功底扎实的魅力吧,喜欢。对于并发的基础可以参照一下我之前写过的一篇博文:Java学习笔记(4)——并发基础

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:

1| 5秒读取文件A 2| 2秒处理文件A 3| 5秒读取文件B 4| 2秒处理文件B 5| --------------------- 6| 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:

1| 5秒读取文件A 2| 5秒读取文件B + 2秒处理文件A 3| 2秒处理文件B 4| --------------------- 5| 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:

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