Java笔试面试题AI答之线程（10）

文章目录

[55. 请阐述synchronized和volatile的区别？](#55. 请阐述synchronized和volatile的区别？)
- - [1. 变量特性与锁机制](#1. 变量特性与锁机制)
  - [2. 内存开销与性能](#2. 内存开销与性能)
  - [3. 使用场景](#3. 使用场景)
  - [4. 原子性保证](#4. 原子性保证)
  - [5. 底层实现](#5. 底层实现)
[56. 简述Java中用到的线程调度算法](#56. 简述Java中用到的线程调度算法)
- - [1. 抢占式调度（Priority-based Preemptive Scheduling）](#1. 抢占式调度（Priority-based Preemptive Scheduling）)
  - [2. 时间片轮转调度（Round-Robin Scheduling）](#2. 时间片轮转调度（Round-Robin Scheduling）)
  - [3. 公平调度（Fair Scheduling）](#3. 公平调度（Fair Scheduling）)
  - 总结
[57. 当线程进入一个对象的一个synchronized方法后，其它线程是否可进入此对象的其它方法?](#57. 当线程进入一个对象的一个synchronized方法后，其它线程是否可进入此对象的其它方法?)
- - [1. 非synchronized方法](#1. 非synchronized方法)
  - [2. synchronized方法](#2. synchronized方法)
  - [3. synchronized代码块](#3. synchronized代码块)
  - 总结
[58. 解释static属性为什么不会被序列化?](#58. 解释static属性为什么不会被序列化?)
- - [1. 序列化的基本概念](#1. 序列化的基本概念)
  - [2. static 属性的特性](#2. static 属性的特性)
  - [3. 序列化与 static 属性的关系](#3. 序列化与 static 属性的关系)
  - [4. 特定环境和框架中的处理](#4. 特定环境和框架中的处理)
  - 结论
[59. 简述什么是阻塞队列？](#59. 简述什么是阻塞队列？)
[60. 如何在 Java 中实现一个阻塞队列？](#60. 如何在 Java 中实现一个阻塞队列？)

55. 请阐述synchronized和volatile的区别？

synchronized和volatile都是Java中用于多线程同步的机制，但它们之间存在明显的区别。以下是synchronized和volatile的主要区别：

1. 变量特性与锁机制

synchronized：是一个关键字，它可以用来修饰方法或代码块。当synchronized修饰方法或代码块时，它会获取一个锁（通常是对象锁或类锁），并确保在同一时刻只有一个线程可以执行该同步代码块或方法。synchronized不仅可以保证变量修改的可见性，还可以保证原子性，即在执行过程中不会被其他线程打断。
volatile：是一个修饰符，用来修饰变量。volatile关键字的作用是确保变量的可见性和禁止指令重排序，但它并不保证原子性。当一个变量被声明为volatile时，每次对它的读取都是从主内存中直接进行的，而写操作也会直接写入主内存，从而确保其他线程可以看到变量的最新值。然而，volatile并不提供互斥性，即它不能阻止多个线程同时修改一个变量。

2. 内存开销与性能

synchronized：由于需要获取和释放锁，synchronized有一定的内存开销和性能影响。特别是在高并发场景下，锁的争用可能导致线程阻塞和上下文切换，从而降低性能。
volatile：相比之下，volatile的开销较小，因为它不需要锁的支持。它通过CPU的缓存一致性协议来保证变量的可见性，而不需要额外的锁操作。

3. 使用场景

synchronized：适用于需要在多个线程之间同步共享变量的情况，特别是当这些变量需要在不同的线程中进行读写操作时。synchronized可以保证操作的原子性和可见性，从而避免数据不一致的问题。
volatile：适用于只需要保证某个变量的可见性，而不需要同步控制的场景。例如，当一个线程修改了某个状态变量，而其他线程需要立即感知到这个变化时，可以使用volatile来修饰这个状态变量。

4. 原子性保证

synchronized：提供了原子性保证，即在synchronized块内执行的代码是不可分割的，不会被其他线程打断。
volatile：仅提供了可见性保证，不保证原子性。如果需要保证原子性，通常需要结合其他同步机制（如Atomic类）来使用。

5. 底层实现

synchronized：底层是通过JVM的monitor锁来实现的，它包括了锁的申请、持有、释放等一系列复杂的操作。
volatile：底层是通过CPU的缓存一致性协议（如MESI协议）来实现的，它依赖于处理器提供的内存屏障来禁止指令重排序和保证变量的可见性。

综上所述，synchronized和volatile在Java多线程编程中各有其适用的场景和优缺点。选择哪种机制取决于具体的需求和场景。

56. 简述Java中用到的线程调度算法

Java中用到的线程调度算法主要由Java虚拟机（JVM）负责，其目标是有效地管理和调度多个线程的执行，以提高程序的性能和效率。这些算法主要包括以下几种：

1. 抢占式调度（Priority-based Preemptive Scheduling）

定义：抢占式调度是指一个正在运行的线程的执行权可以被其他优先级更高的线程抢占。在Java中，这种调度方式通过线程的优先级来实现。
特点：
- 线程优先级：Java中线程的优先级范围通常为1到10，其中1为最低，10为最高。线程可以通过Thread类的setPriority(int priority)方法设置优先级。
- 调度机制：JVM会根据线程的优先级来决定调度顺序，但优先级并不是绝对的，JVM还会考虑其他因素，如线程的等待时间和状态。
- 灵活性：高优先级的线程在大多数情况下会优先执行，但JVM不保证优先级高的线程一定会在优先级低的线程之前执行。

2. 时间片轮转调度（Round-Robin Scheduling）

定义：时间片轮转调度是指每个线程被分配一个固定的时间片段（时间片），当时间片用完后，系统会切换到下一个线程。
特点：
- 公平性：确保每个线程都有机会执行，防止某个线程长时间占用CPU。
- 响应时间：通过轮流分配时间片，可以缩短线程的响应时间，提高系统的响应性。
- 上下文切换：时间片结束后会发生上下文切换，这可能会带来一定的开销。

3. 公平调度（Fair Scheduling）

定义：公平调度是指所有线程在执行时都有相同的机会，不会因为优先级而得到更多的执行时间。
特点：
- 队列实现：Java中的公平调度通常通过队列来实现，按照先进先出的原则执行线程。
- 公平性：确保每个线程都有机会按照其到达的顺序执行，减少线程饥饿现象。
- 适用性：在某些需要高度公平性的场景下，如公平锁等，公平调度算法非常重要。

总结

Java中用到的线程调度算法主要包括抢占式调度、时间片轮转调度和公平调度。这些算法各有特点，适用于不同的场景和需求。在实际应用中，JVM会根据具体情况和配置选择合适的调度算法或组合使用多种算法来优化线程的执行。同时，开发者也可以通过设置线程的优先级和选择适当的调度策略来影响线程的执行顺序和性能。

57. 当线程进入一个对象的一个synchronized方法后，其它线程是否可进入此对象的其它方法?

当线程进入一个对象的一个synchronized方法后，其他线程是否可进入此对象的其它方法，取决于这些其它方法的同步性质。以下是详细的分析：

1. 非synchronized方法

如果其他方法没有使用synchronized关键字修饰，即它们是普通的非同步方法，那么其他线程是可以进入这些方法的。因为非同步方法不会请求对象的锁，所以它们不会受到当前线程持有对象锁的影响。

2. synchronized方法

如果其他方法是synchronized方法，情况就会复杂一些：
- 静态与非静态方法的区别：如果当前线程进入的synchronized方法是static方法，它锁定的是当前类的Class对象；而如果其他synchronized方法是非static的，它锁定的是当前对象的实例。因此，一个线程在执行static synchronized方法时，不会阻止其他线程执行该对象的非static synchronized方法，反之亦然。
- 相同类型的锁：如果两个方法都是静态方法或都是非静态方法，并且都使用了synchronized修饰，那么当一个线程正在执行其中一个方法时，其他线程将不能进入另一个方法，因为这两个方法都试图获取相同的锁（Class锁或对象实例锁）。
- wait()方法的影响：如果synchronized方法内部调用了同步监视器的wait()，则其他线程在等待的线程被唤醒或中断之前，可以进入其他使用synchronized方法修饰的方法，因为调用wait()会释放锁。

3. synchronized代码块

如果对象的其他方法是包含synchronized代码块的，那么这些代码块是否可访问也取决于它们是否请求了与当前synchronized方法相同的锁。如果锁相同，则其他线程需要等待；如果锁不同（例如，synchronized代码块使用了不同的对象或类作为锁），则其他线程可以进入这些代码块。

总结

当线程进入一个对象的synchronized方法后，其他线程能否进入此对象的其它方法，取决于这些方法的同步性质以及它们是否请求了与当前synchronized方法相同的锁。
非synchronized方法总是可访问的。
对于synchronized方法或代码块，如果它们请求了不同的锁，则可能同时被访问；如果请求了相同的锁，则必须等待当前线程释放锁后才能访问。

以上分析基于Java的线程同步机制，特别是synchronized关键字的行为。在实际编程中，合理设计同步策略对于避免死锁、提高程序性能至关重要。

58. 解释static属性为什么不会被序列化?

实际上，这个表述"Static 属性为什么不会被序列化?" 并不完全准确，因为它取决于我们对"序列化"这一概念的理解以及我们是在哪种上下文或环境中讨论这个问题。不过，我们可以从几个角度来探讨这个问题。

1. 序列化的基本概念

首先，序列化是将对象的状态信息转换为可以存储或传输的形式的过程。这个过程通常涉及到将对象的属性（字段）转换为一种格式（如二进制或文本），以便可以在稍后的时间点重新构造出相同的对象。

2. static 属性的特性

静态（Static）属性属于类本身，而不是类的任何特定实例。这意味着无论创建了多少个类的实例，静态属性都只有一份拷贝。
静态属性在内存中只有一份，且由类的所有实例共享。

3. 序列化与 static 属性的关系

序列化通常针对对象实例：当我们序列化一个对象时，我们关注的是该对象实例的当前状态（即其实例字段的值）。静态字段不属于任何特定实例，因此它们通常不被视为序列化过程的一部分。
静态字段的共享性：由于静态字段是跨所有实例共享的，如果序列化过程中包含了静态字段，那么当反序列化这些字段时，可能会导致不可预测的行为，因为静态字段的值可能会被意外地修改或覆盖。
反序列化问题：如果静态字段被序列化并随对象实例一起存储，那么在反序列化时，如何处理这些静态字段会成为一个问题。因为静态字段是类级别的，而不是实例级别的，所以在反序列化时简单地恢复静态字段的值可能并不合适。

4. 特定环境和框架中的处理

在某些序列化框架中（如Java的Serializable接口），静态字段默认不会被序列化。这是因为序列化框架通常被设计为处理对象实例的状态，而不是类级别的静态数据。
然而，在某些情况下，我们可能希望将静态数据（如配置信息）与对象实例一起序列化。在这种情况下，可能需要使用其他机制（如将静态数据作为非静态字段封装在可序列化的辅助类中）来实现。

结论

因此，说"Static 属性不会被序列化"可能是一种简化的表述。更准确的说法是，在标准的序列化过程中，静态字段通常不被视为序列化的一部分，因为它们是类级别的，而不是实例级别的。但是，这并不意味着静态数据永远不能被序列化；它只是需要不同的方法和策略来处理。

59. 简述什么是阻塞队列？

阻塞队列（BlockingQueue）是Java并发编程中一种重要的数据结构，用于在多线程环境下安全地传递数据。其核心特性在于其支持阻塞的插入和移除方法，这些特性使得阻塞队列在解决多线程间的数据交换和同步问题时显得尤为有效。以下是关于阻塞队列的详细解释：

定义与特性

定义：阻塞队列是一种支持两个附加操作的队列，这两个附加操作是阻塞的插入和移除方法。
特性：
- 线程安全：阻塞队列的线程安全实现主要依靠锁和同步机制来保证多线程访问的安全。在Java中，常用的锁有ReentrantLock和synchronized，它们可以保证同一时刻只有一个线程可以访问共享资源。
- 阻塞等待：阻塞队列的阻塞等待实现主要依靠条件变量来实现。在Java中，常用的条件变量有Condition和wait/notify机制，它们可以使线程在满足特定条件时挂起等待，直到条件满足时被唤醒。
- 插入阻塞：当队列满时，尝试向队列中添加元素的线程会被阻塞，直到队列中有空间可用。
- 移除阻塞：当队列为空时，尝试从队列中移除元素的线程会被阻塞，直到队列中有元素可用。

使用场景

阻塞队列在Java并发编程中有着广泛的应用场景，主要用于实现生产者-消费者模式。在这种模式下，生产者是向队列里添加元素的线程，消费者是从队列里取元素的线程。阻塞队列就是生产者用来存放元素、消费者用来获取元素的容器。通过使用阻塞队列，可以自动地实现线程的同步和协作，无需编写复杂的同步控制代码。

常见实现

Java中提供了多种阻塞队列的实现，以下是最常用的几种：

ArrayBlockingQueue：一个基于数组的有界阻塞队列。当队列满时，新元素将无法添加到队列中，直到队列中有空闲位置为止。当队列为空时，获取元素的操作将会阻塞，直到队列中有元素可用。
LinkedBlockingQueue：一个基于链表的阻塞队列，默认情况下是无界的，但可以在创建时指定其最大容量。当队列满时（如果指定了最大容量），新元素将会一直阻塞等待，直到队列中有空闲位置为止。当队列为空时，获取元素的操作将会阻塞，直到队列中有元素可用。
PriorityBlockingQueue：一个支持优先级的阻塞队列，底层是由堆实现的。元素按照自然顺序或者通过提供的Comparator进行排序。当添加元素时，会根据元素的优先级自动排序，获取元素时会返回当前队列中优先级最高的元素。当队列为空时，获取元素的操作将会阻塞，直到队列中有元素可用。
SynchronousQueue：一个特殊的阻塞队列，它并不保存任何元素。每次插入操作必须等待另一个线程的移除操作，每次移除操作必须等待另一个线程的插入操作。因此，它可以用于两个线程之间进行数据交换。
DelayQueue：一个支持延迟获取元素的无界阻塞队列。元素必须实现Delayed接口，元素只有在其延迟时间到期时才能从队列中取走。
LinkedTransferQueue：一个基于链表的无界阻塞队列，支持tryTransfer和transfer操作，可以在消费者准备好之前传输元素。

总结

阻塞队列是Java并发编程中非常重要的一个工具类，它可以实现多线程之间的协作，提高程序的效率和可靠性。在使用阻塞队列时，需要注意容量设置、线程安全、阻塞特性等问题，并选择合适的实现方式以满足具体需求。

60. 如何在 Java 中实现一个阻塞队列？

在 Java 中，实现一个阻塞队列（BlockingQueue）通常不需要从头开始编写所有的逻辑，因为 Java 的并发包（java.util.concurrent）已经为我们提供了多种阻塞队列的实现。不过，如果你想要了解如何自己实现一个基本的阻塞队列机制，或者想在某些特定需求下扩展现有的阻塞队列功能，你可以通过结合使用锁（如 ReentrantLock）和条件变量（如 Condition）来模拟这种行为。

下面是一个简化的阻塞队列实现的示例，它使用 ReentrantLock 和 Condition 来实现基本的阻塞插入（put）和移除（take）操作。请注意，这个示例主要是为了教学目的，并不包含所有错误处理和边界检查，因此在生产环境中使用时需要进一步完善。

java 复制代码

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class SimpleBlockingQueue<T> {
    private final Queue<T> queue = new LinkedList<>();
    private final int capacity;
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition notFull = lock.newCondition();
    private final Condition notEmpty = lock.newCondition();

    public SimpleBlockingQueue(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
    }

    public void put(T element) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (queue.size() == capacity) {
                notFull.await(); // 等待队列不满
            }
            queue.add(element);
            notEmpty.signal(); // 通知等待队列非空的线程
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public T take() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (queue.isEmpty()) {
                notEmpty.await(); // 等待队列非空
            }
            T element = queue.poll();
            notFull.signal(); // 通知等待队列不满的线程
            return element;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    // 可以根据需要添加其他方法，如size(), isEmpty()等
}

这个 SimpleBlockingQueue 类使用了 ReentrantLock 来保证线程安全，并通过两个 Condition 对象 notFull 和 notEmpty 来分别控制队列满和队列空的情况。在 put 方法中，如果队列已满，则调用 notFull.await() 使当前线程等待，直到其他线程从队列中取出了元素并调用了 notFull.signal()。类似地，在 take 方法中，如果队列为空，则调用 notEmpty.await() 等待，直到其他线程向队列中添加了元素并调用了 notEmpty.signal()。

需要注意的是，这个实现是基于单个锁的，这可能会导致在高并发场景下成为性能瓶颈。Java 的 java.util.concurrent 包中的 ArrayBlockingQueue, LinkedBlockingQueue 等类使用了更复杂的机制来优化性能，例如使用分离锁（将读操作和写操作分离到不同的锁上）来减少锁的竞争。如果你需要一个高性能的阻塞队列，建议使用这些现成的实现。

答案来自文心一言，仅供参考