Java笔试面试题AI答之线程（21）

文章目录

[121. 简述当一个线程进入某个对象的一个 synchronized 的实例方法后，其它线程是否可进入此对象的其它方法？](#121. 简述当一个线程进入某个对象的一个 synchronized 的实例方法后，其它线程是否可进入此对象的其它方法？)
- - 情况分析
  - 示例
[122. 简述乐观锁和悲观锁的理解及如何实现，有哪些实现方式？](#122. 简述乐观锁和悲观锁的理解及如何实现，有哪些实现方式？)
- - [一、乐观锁（Optimistic Lock）](#一、乐观锁（Optimistic Lock）)
  - [二、悲观锁（Pessimistic Lock）](#二、悲观锁（Pessimistic Lock）)
[123. 简述CopyOnWriteArrayList 可以用于什么应用场景？](#123. 简述CopyOnWriteArrayList 可以用于什么应用场景？)
[124. 简述如何在两个线程间共享数据？](#124. 简述如何在两个线程间共享数据？)
- - [1. 使用共享变量](#1. 使用共享变量)
  - [2. 消息队列](#2. 消息队列)
  - [3. 共享内存](#3. 共享内存)
  - [4. 使用线程安全的集合或数据结构](#4. 使用线程安全的集合或数据结构)
  - [5. 管道（Pipes）](#5. 管道（Pipes）)
  - 结论
[125. 简述为什么 wait 和 notify 方法要在同步块中调用？](#125. 简述为什么 wait 和 notify 方法要在同步块中调用？)
[126. 简述为什么你应该在循环中检查等待条件？](#126. 简述为什么你应该在循环中检查等待条件？)

121. 简述当一个线程进入某个对象的一个 synchronized 的实例方法后，其它线程是否可进入此对象的其它方法？

当一个线程进入某个对象的一个 synchronized 的实例方法后，其他线程是否能进入此对象的其它方法，取决于这些其它方法的同步状态（即它们是否被声明为 synchronized）。

情况分析

如果其它方法也是 synchronized 的：
- 如果这些方法锁定的是同一个对象（即它们都是该对象的实例方法），那么当一个线程正在执行该对象的任一 synchronized 方法时，其他线程将不能进入该对象的任何其它 synchronized 方法，因为它们都需要获得该对象的锁。
- 如果这些 synchronized 方法锁定的是不同的对象（例如，它们是静态方法，锁定的是类对象，或者它们锁定的是不同的实例变量），那么情况会有所不同。静态 synchronized 方法锁定的是类对象，而非实例对象，因此即使一个线程正在执行实例的某个 synchronized 方法，其他线程仍然可以进入同一个类的静态 synchronized 方法（前提是这些静态方法未被其他线程占用）。
如果其它方法不是 synchronized 的：
- 当一个线程正在执行某个对象的 synchronized 方法时，其他线程仍然可以进入该对象的非 synchronized 方法。因为非 synchronized 方法不会请求对象的锁，所以它们的执行不会受到任何正在执行 synchronized 方法的线程的影响。

示例

假设有一个类 MyClass，它有两个方法：synchronized 的 methodA() 和非 synchronized 的 methodB()。

java 复制代码

public class MyClass {
    public synchronized void methodA() {
        // 模拟长时间运行的任务
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void methodB() {
        // 无需锁定的操作
        System.out.println("Executing methodB");
    }
}

在这个例子中，当一个线程正在执行 methodA() 时，其他线程仍然可以自由地进入并执行 methodB()，因为 methodB() 没有被声明为 synchronized，所以不需要获取对象的锁。然而，其他线程将不能同时进入 methodA()，因为它们需要等待当前执行 methodA() 的线程释放锁。

122. 简述乐观锁和悲观锁的理解及如何实现，有哪些实现方式？

乐观锁和悲观锁是并发控制中常用的两种策略，它们在处理数据访问和修改时持有不同的假设和处理方式。下面分别简述这两种锁的理解、实现方式及具体实现方法。

一、乐观锁（Optimistic Lock）

理解：

乐观锁总是假设最好的情况，即认为在数据的读取、处理到提交的这段时间内，数据不会被其他事务修改。因此，它不会在读取数据时就对数据进行加锁。但在更新数据时，乐观锁会采用一种机制来检查数据是否被其他事务修改过，如果被修改过，则操作会失败或重试。

实现方式：

版本号（Version）：
- 在数据库表中增加一个"version"字段，每次读取数据时，将版本号一同读出。
- 数据每更新一次，版本号就加1。
- 在更新数据时，检查数据库中当前版本号是否与读取时的版本号一致，一致则更新并增加版本号，不一致则说明数据已被其他事务修改。
时间戳（Timestamp）：
- 类似于版本号，但使用时间戳字段来记录数据的最后更新时间。
- 在更新数据时，检查当前时间戳与读取时的时间戳是否一致，从而判断数据是否被修改。
CAS（Compare And Swap）：
- 是一种无锁算法，通过比较并交换的方式实现对共享变量的原子更新。
- 包括三个操作数：被操作的内存值V、预期的值A和新值B。当且仅当V的值等于A时，CAS才会将V的值更新为B，否则不进行任何操作。

优点：

并发性能高，不需要阻塞其他事务的执行。
适用于读多写少的场景，可以提升系统吞吐量。

缺点：

在并发冲突较多的情况下，需要频繁地回滚和重试，可能会影响性能。

二、悲观锁（Pessimistic Lock）

理解：

悲观锁总是假设最坏的情况，即认为在数据的读取、处理到提交的这段时间内，数据很可能会被其他事务修改。因此，它会在读取数据时就对数据进行加锁，以防止其他事务对其进行修改。

实现方式：

数据库锁机制：
- 依赖数据库提供的锁机制，如行锁、表锁等。
- 在SQL中使用SELECT ... FOR UPDATE语句来对读取的记录加排他锁，防止其他事务修改这些记录。
事务隔离级别：
- 通过设置数据库的事务隔离级别来实现悲观锁。例如，SQL标准的SERIALIZABLE隔离级别可以避免脏读、不可重复读和幻读，确保事务的串行执行。
应用程序锁：
- 在应用层面上通过同步机制（如Java中的synchronized关键字、ReentrantLock等）来控制对共享资源的访问。

优点：

能够有效防止数据在并发访问时出现不一致的情况。
在写操作较多的场景下，能够较好地保证数据的一致性和完整性。

缺点：

可能会导致并发性能下降，因为其他事务需要等待锁的释放才能继续执行。

综上所述，乐观锁和悲观锁各有优缺点，适用于不同的业务场景和性能需求。在选择使用哪种锁时，需要根据实际情况进行权衡和选择。

123. 简述CopyOnWriteArrayList 可以用于什么应用场景？

CopyOnWriteArrayList 是 Java 并发包 java.util.concurrent 中的一个线程安全的变体，它是 ArrayList 的一个线程安全的版本。CopyOnWriteArrayList 通过在每个修改操作（如添加、设置等）时，都会先复制底层数组，并在复制的数组上进行修改，最后再将原数组引用指向新数组的方式，来实现线程安全。这种实现方式避免了在遍历列表时出现的并发修改异常（ConcurrentModificationException），因为它确保了迭代器所遍历的集合在遍历过程中不会被修改。

CopyOnWriteArrayList 的应用场景主要包括但不限于以下几点：

读多写少的高并发场景 ：由于 CopyOnWriteArrayList 在写操作时会复制整个底层数组，这会导致写操作的成本相对较高，但如果读操作远多于写操作，并且需要保证读操作的高并发性和线程安全性，那么 CopyOnWriteArrayList 就非常适用。
事件监听器列表 ：在事件发布-订阅模型中，事件监听器列表通常会被频繁读取以通知所有监听器事件，但修改（添加或移除监听器）则相对较少。使用 CopyOnWriteArrayList 可以确保在遍历监听器列表以通知事件时，列表不会被并发修改，从而避免 ConcurrentModificationException。
缓存数据 ：在一些读多写少的缓存场景中，可以使用 CopyOnWriteArrayList 来存储缓存数据。由于缓存数据往往被频繁读取而较少被修改，使用 CopyOnWriteArrayList 可以提供高效的读操作性能，同时保持线程安全。
日志记录 ：在日志记录系统中，日志数据通常被频繁读取用于分析或展示，而新的日志记录操作相对较少。使用 CopyOnWriteArrayList 可以安全地记录日志条目，同时保证日志读取的线程安全。

需要注意的是，由于 CopyOnWriteArrayList 在写操作时复制整个底层数组，如果列表较大，写操作可能会消耗较大的内存和CPU资源，因此在选择使用 CopyOnWriteArrayList 时，需要根据实际的应用场景和需求进行权衡。

124. 简述如何在两个线程间共享数据？

在两个线程间共享数据是并发编程中常见的一个需求，也是实现线程间通信的一种方式。正确地处理共享数据是确保程序正确性和稳定性的关键。以下是几种在两个线程间共享数据的方法：

1. 使用共享变量

最直接的方式是通过共享变量来在多个线程间传递数据。但是，这种方式需要特别注意线程安全问题，因为多个线程可能同时修改同一个变量，导致数据不一致（竞态条件）。为了避免这个问题，可以使用以下几种机制：

互斥锁（Mutexes）：互斥锁可以保证在任何时刻只有一个线程可以访问共享资源。在访问共享变量前后分别加锁和解锁，可以确保数据的一致性。
信号量（Semaphores）：信号量是一种更高级的同步机制，它允许多个线程同时访问共享资源，但会限制同时访问的线程数。
条件变量（Condition Variables）：条件变量通常与互斥锁一起使用，它允许线程等待某个条件为真时才继续执行。

2. 消息队列

消息队列是一种线程间通信的方式，线程可以通过发送和接收消息来共享数据。消息队列可以是阻塞的或非阻塞的，具体取决于实现。使用消息队列时，一个线程将数据放入队列，另一个线程从队列中取出数据进行处理。这种方式可以有效地解耦数据的生产者和消费者，使它们可以独立地运行。

3. 共享内存

共享内存是一种允许两个或多个进程（或线程）共享一个给定的存储区的内存管理方法。在共享内存区域中，进程可以像访问普通内存一样进行读写操作。但是，和共享变量一样，使用共享内存时也需要注意线程同步问题，以防止数据竞争和条件竞争。

4. 使用线程安全的集合或数据结构

一些编程语言或库提供了线程安全的集合或数据结构（如Java的ConcurrentHashMap、C++的std::shared_mutex等），这些数据结构内部已经实现了必要的同步机制，可以在多个线程之间安全地共享和访问数据。

5. 管道（Pipes）

管道是一种基本的IPC（进程间通信）机制，但在某些环境中也可以用于线程间通信。管道允许数据以字节流的形式从一个线程（或进程）传输到另一个线程（或进程）。

结论

选择哪种方式取决于具体的应用场景和性能要求。在实践中，通常会结合使用多种同步和通信机制来实现复杂的多线程应用。无论使用哪种方式，都需要特别注意线程安全问题，确保数据的一致性和程序的稳定性。

125. 简述为什么 wait 和 notify 方法要在同步块中调用？

wait() 和 notify() 方法是 Java 中用于线程间通信的重要机制，它们必须在同步块（synchronized block）或同步方法（synchronized method）中被调用，原因主要有以下几点：

确保对象监视器的锁定 ：
wait() 方法会释放当前线程持有的对象监视器（monitor）的锁定，并进入等待（waiting）状态，直到其他线程在该对象上调用 notify() 或 notifyAll() 方法，并且当前线程重新获得对象监视器的锁定后，才能继续执行。而 notify() 或 notifyAll() 方法则是唤醒在同一对象监视器上等待的线程。由于这两个操作都涉及到对象监视器的锁定和唤醒，因此它们必须在同步块或同步方法中被调用，以确保当前线程确实持有了该对象的监视器。
防止竞态条件 ：

竞态条件（race condition）是并发编程中常见的问题，它发生在两个或多个线程访问共享资源，并且它们的执行顺序可能导致不期望的结果时。如果 wait() 和 notify() 方法不在同步块中调用，那么可能会存在多个线程在没有正确锁定对象的情况下调用这些方法，从而导致竞态条件，使得线程间的通信无法正确进行。
保证内存可见性 ：

在 Java 并发编程中，内存可见性是一个重要的问题。由于 JVM 的缓存机制，一个线程对共享变量的修改可能对其他线程不可见。通过在同步块中调用 wait() 和 notify() 方法，可以确保在调用这些方法之前和之后，所有对共享变量的修改都被正确地刷新到主内存中，并且其他线程能够看到这些修改。这是因为 Java 的同步机制（包括 synchronized 关键字）具有使缓存失效的作用，它确保了在同步块中访问的共享变量对于所有线程都是可见的。

综上所述，wait() 和 notify() 方法必须在同步块或同步方法中被调用，以确保线程间的正确通信，防止竞态条件，并保证内存可见性。这是 Java 并发编程中一项重要的约定和最佳实践。

126. 简述为什么你应该在循环中检查等待条件？

在循环中检查等待条件是一种常用的编程模式，特别是在处理并发编程、等待某个事件发生或资源可用时。这种做法的重要性体现在以下几个方面：

确保条件的满足：循环中检查等待条件可以确保只有在条件真正满足时才继续执行后续代码。这是因为在很多情况下，条件可能在循环的迭代之间发生变化。如果不进行循环检查，就可能错过这些变化，导致程序错误地继续执行或陷入无限等待。
避免忙等待 ：虽然循环检查等待条件可能会导致所谓的"忙等待"（即程序持续运行但不进行任何有用的工作，只是反复检查条件），但通过适当的休眠（如使用Thread.sleep()在Java中）或等待机制（如wait()/notify()、条件变量等），可以在一定程度上减少CPU资源的浪费。此外，现代操作系统和硬件通常能够有效管理这种"轮询"行为，减少其对系统性能的影响。
提高响应性和可靠性：在循环中检查等待条件可以使程序对外部事件或条件变化更加敏感和响应。这有助于提高程序的可靠性和用户体验，因为程序能够更快地适应环境变化，并在适当的时候继续执行。
支持超时逻辑：在循环中检查等待条件时，可以很容易地实现超时逻辑。例如，可以在每次循环迭代时更新一个计时器，如果等待时间超过了某个阈值，则退出循环并采取相应的措施（如抛出异常、记录错误日志或尝试其他备选方案）。
简化并发控制：在并发编程中，循环检查等待条件通常是实现同步和互斥的一种简单而有效的方式。通过使用适当的同步机制（如锁、信号量等），可以在循环中安全地检查条件，并在条件满足时安全地访问共享资源或执行敏感操作。

综上所述，在循环中检查等待条件是一种强大的编程模式，它可以帮助程序员编写出更加健壮、可靠和响应性强的程序。然而，也需要注意避免过度使用或滥用这种模式，以免导致资源浪费、性能下降或逻辑错误。

答案来自文心一言，仅供参考