两个线程小程序面试题

实现生产者和消费者

wait()和notify()实现生产者和消费者

/**
 * 面试题：写一个固定容量同步容器，拥有put和get方法，以及getCount方法，
 * 能够支持2个生产者线程以及10个消费者线程的阻塞调用
 * 
 * 使用wait和notify/notifyAll来实现
 * 
 * @author mashibing
 */public class MyContainer1<T> {
    final private LinkedList<T> lists = new LinkedList<>();
    final private int MAX = 10; //最多10个元素
    private int count = 0; 
    
    public synchronized void put(T t) {
        while(lists.size() == MAX) { //想想为什么用while而不是用if？ while会在进行一次判断
            try {
                this.wait(); //effective java
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        
        lists.add(t);
        ++count;
        this.notifyAll(); //通知消费者线程进行消费 如果用notify()的话 叫醒的可能还是一个生产者
    }
    
    public synchronized T get() {
        T t = null;
        while(lists.size() == 0) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        t = lists.removeFirst();
        count --;
        this.notifyAll(); //通知生产者进行生产
        return t;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        MyContainer1<String> c = new MyContainer1<>();
        //启动消费者线程
        for(int i=0; i<10; i++) {
            new Thread(()->{
                for(int j=0; j<5; j++) System.out.println(c.get());
            }, "c" + i).start();
        }
        
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        //启动生产者线程
        for(int i=0; i<2; i++) {
            new Thread(()->{
                for(int j=0; j<25; j++) c.put(Thread.currentThread().getName() + " " + j);
            }, "p" + i).start();
        }
    }
}

Lock和Condition实现生产者与消费者

/**
 * 面试题：写一个固定容量同步容器，拥有put和get方法，以及getCount方法，
 * 能够支持2个生产者线程以及10个消费者线程的阻塞调用
 * 
 * 使用wait和notify/notifyAll来实现
 * 
 * 使用Lock和Condition来实现
 * 对比两种方式，Condition的方式可以更加精确的指定哪些线程被唤醒
 * 
 * @author mashibing
 */public class MyContainer2<T> {
    final private LinkedList<T> lists = new LinkedList<>();
    final private int MAX = 10; //最多10个元素
    private int count = 0;
    
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition producer = lock.newCondition();
    private Condition consumer = lock.newCondition();
    
    public void put(T t) {
        try {
            lock.lock();
            while(lists.size() == MAX) { //想想为什么用while而不是用if？
                producer.await();
            }
            
            lists.add(t);
            ++count;
            consumer.signalAll(); //通知消费者线程进行消费
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    
    public T get() {
        T t = null;
        try {
            lock.lock();
            while(lists.size() == 0) {
                consumer.await();
            }
            t = lists.removeFirst();
            count --;
            producer.signalAll(); //通知生产者进行生产
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
        return t;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        MyContainer2<String> c = new MyContainer2<>();
        //启动消费者线程
        for(int i=0; i<10; i++) {
            new Thread(()->{
                for(int j=0; j<5; j++) System.out.println(c.get());
            }, "c" + i).start();
        }
        
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        //启动生产者线程
        for(int i=0; i<2; i++) {
            new Thread(()->{
                for(int j=0; j<25; j++) c.put(Thread.currentThread().getName() + " " + j);
            }, "p" + i).start();
        }
    }
}

对比两种方式，Condition的方式可以更加精确的指定哪些线程被唤醒

写两个线程，线程1添加10个元素到容器中，线程2监控元素的个数，当个数到5个时，线程2给出提示并结束

使用wait()和notify()实现

/**
 * 曾经的面试题：（淘宝？）
 * 实现一个容器，提供两个方法，add，size
 * 写两个线程，线程1添加10个元素到容器中，线程2实现监控元素的个数，当个数到5个时，线程2给出提示并结束
 * 
 * 给lists添加volatile之后，t2能够接到通知，但是，t2线程的死循环很浪费cpu，如果不用死循环，该怎么做呢？
 * 
 * 这里使用wait和notify做到，wait会释放锁，而notify不会释放锁
 * 需要注意的是，运用这种方法，必须要保证t2先执行，也就是首先让t2监听才可以
 * 
 * 阅读下面的程序，并分析输出结果
 * 可以读到输出结果并不是size=5时t2退出，而是t1结束时t2才接收到通知而退出
 * 想想这是为什么？
 * 
 * notify之后，t1必须释放锁，t2退出后，也必须notify，通知t1继续执行
 * 整个通信过程比较繁琐
 * @author mashibing
 */public class T04_NotifyFreeLock {

    //添加volatile，使t2能够得到通知
    volatile List lists = new ArrayList();

    public void add(Object o) {
        lists.add(o);
    }

    public int size() {
        return lists.size();
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        T04_NotifyFreeLock c = new T04_NotifyFreeLock();
        
        final Object lock = new Object();

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            synchronized(lock) {
                System.out.println("t2启动");
                if(c.size() != 5) {
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println("t2 结束");
                //通知t1继续执行
                lock.notify();
            }
            
        }, "t2");
        t2.start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }

        new Thread(() -> {
            System.out.println("t1启动");
            synchronized(lock) {
                for(int i=0; i<10; i++) {
                    c.add(new Object());
                    System.out.println("add " + i);
                    
                    if(c.size() == 5) {
                        lock.notify();

                        //释放锁，让t2得以执行
                        try {
                            //t2.join();
                            lock.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        }, "t1").start();
        
        
    }
}

使用LockSupport实现

1.和wait() 相比，park()不需要加锁，

2.和notify()相比unPark(t)指定的线程

3.如果先unPark(t)，后面的park()不会生效

/**
 * 曾经的面试题：（淘宝？）
 * 实现一个容器，提供两个方法，add，size
 * 写两个线程，线程1添加10个元素到容器中，线程2实现监控元素的个数，当个数到5个时，线程2给出提示并结束
 * 
 * 给lists添加volatile之后，t2能够接到通知，但是，t2线程的死循环很浪费cpu，如果不用死循环，该怎么做呢？
 * 
 * 这里使用wait和notify做到，wait会释放锁，而notify不会释放锁
 * 需要注意的是，运用这种方法，必须要保证t2先执行，也就是首先让t2监听才可以
 * 
 * 阅读下面的程序，并分析输出结果
 * 可以读到输出结果并不是size=5时t2退出，而是t1结束时t2才接收到通知而退出
 * 想想这是为什么？
 * 
 * notify之后，t1必须释放锁，t2退出后，也必须notify，通知t1继续执行
 * 整个通信过程比较繁琐
 * 
 * 使用Latch（门闩）替代wait notify来进行通知
 * 好处是通信方式简单，同时也可以指定等待时间
 * 使用await和countdown方法替代wait和notify
 * CountDownLatch不涉及锁定，当count的值为零时当前线程继续运行
 * 当不涉及同步，只是涉及线程通信的时候，用synchronized + wait/notify就显得太重了
 * 这时应该考虑countdownlatch/cyclicbarrier/semaphore
 * @author mashibing
 *///TODO park unpark

public class T06_LockSupport {

    // 添加volatile，使t2能够得到通知
    volatile List lists = new ArrayList();

    public void add(Object o) {
        lists.add(o);
    }

    public int size() {
        return lists.size();
    }

    public static void main(String[] args) {
        T06_LockSupport c = new T06_LockSupport();

        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            System.out.println("t2启动");
            if (c.size() != 5) {
                LockSupport.park();
            }
            System.out.println("t2 结束");


        }, "t2");

        t2.start();

        new Thread(() -> {
            System.out.println("t1启动");
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                c.add(new Object());
                System.out.println("add " + i);
                if (c.size() == 5) {
                    LockSupport.unpark(t2);
                    try {
                        t2.join();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }, "t1").start();

    }
}

ReadWriteLock的用法

ReadWriteLock分出了两把锁 readLock 和writeLock

    static ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
    static Lock readLock = readWriteLock.readLock();
    static Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();

package com.mashibing.juc.c_020;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.atomic.LongAdder;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

public class T10_TestReadWriteLock {
    static Lock lock = new ReentrantLock();
    private static int value;

    static ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
    static Lock readLock = readWriteLock.readLock();
    static Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();

    public static void read(Lock lock) {
        try {
            lock.lock();
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("read over!");
            //模拟读取操作
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void write(Lock lock, int v) {
        try {
            lock.lock();
            Thread.sleep(1000);
            value = v;
            System.out.println("write over!");
            //模拟写操作
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }





    public static void main(String[] args) {
        //Runnable readR = ()-> read(lock);
        Runnable readR = ()-> read(readLock);

        //Runnable writeR = ()->write(lock, new Random().nextInt());
        Runnable writeR = ()->write(writeLock, new Random().nextInt());

        for(int i=0; i<18; i++) new Thread(readR).start();
        for(int i=0; i<2; i++) new Thread(writeR).start();


    }
}

如果读的时候不加锁可能产生脏读(类似事物的脏读)

对一个对象，如果读写都加Synchronized，那么读写都是互斥的 18个线程读的时候 会串行18次，两个线程写的时候 串行两次，需要18+2=20

在读线程里面加读锁 一个线程读的时候 其他线程可以一起读(写锁是排它的，读锁不上排它的)，18个线程读的时候 可以一并读

JUC其他的线程类

CountDownLatch

1、类介绍
一个同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待。
用给定的计数 初始化 CountDownLatch。由于调用了 countDown() 方法，所以在当前计数到达零之前，await 方法会一直受阻塞。
之后，会释放所有等待的线程，await 的所有后续调用都将立即返回。
这种现象只出现一次——计数无法被重置。 一个线程(或者多个)， 等待另外N个线程完成某个事情之后才能执行

2、使用场景
在一些应用场合中，需要等待某个条件达到要求后才能做后面的事情；
同时当线程都完成后也会触发事件，以便进行后面的操作。
这个时候就可以使用CountDownLatch。
CountDownLatch最重要的方法是countDown()和await()，前者主要是倒数一次，后者是等待倒数到0，如果没有到达0，就只有阻塞等待了(加个门栓)。

package com.mashibing.juc.c_020;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class T06_TestCountDownLatch   {
    private static final int MAX_PRINT_NUM = 100;
    private static volatile int count = 0;

    public static void printAB() {
        // 声明CountDownLatch
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);

        new Thread(() -> {
            while (count < MAX_PRINT_NUM) {
                if (count % 2 == 0) {
                    System.out.println("num偶数:" + count);
                    count++;
                }
            }
            // 偶数线程执行完则计数器减一
            countDownLatch.countDown();
        }).start();

        new Thread(() -> {
            while (count < MAX_PRINT_NUM) {
                if (count % 2 == 1) {
                    System.out.println("num奇数:" + count);
                    count++;
                }
            }
            // 奇数线程执行完则计数器减一
            countDownLatch.countDown();
        }).start();

        try {
           // countDownLatch.await();
        } catch (Exception e) {
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        printAB();
    }
}

CyclicBarrier

栅栏的意思是 大家伙都在这等着，什么时候等人数够了在执行(类似大家拼车 满人的时候发车)。和上面的CountDownLatch完全不同，一个线程可以CountDown多次

package com.mashibing.juc.c_020;

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class T07_TestCyclicBarrier {
    public static void main(String[] args) {
        //CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(20);

        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(20, () -> System.out.println("满人"));

        /*CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(20, new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("满人，发车");
            }
        });*/

        for(int i=0; i<100; i++) {

                new Thread(()->{
                    try {
                        barrier.await();

                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } catch (BrokenBarrierException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }).start();
            
        }
    }
}

Semaphore

信号灯，灯亮的时候可以执行：

限流：最多允许多少个线程同时允许

比如卖票，我们最多开五个窗口 semaphore就写5

package com.mashibing.juc.c_020;

import java.util.concurrent.Semaphore;

public class T11_TestSemaphore {
    public static void main(String[] args) {
        //Semaphore s = new Semaphore(2);
        Semaphore s = new Semaphore(2, true);
        //允许一个线程同时执行
        //Semaphore s = new Semaphore(1);

        new Thread(()->{
            try {
                s.acquire();

                System.out.println("T1 running...");
                Thread.sleep(200);
                System.out.println("T1 running...");

            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                s.release();
            }
        }).start();

        new Thread(()->{
            try {
                s.acquire();

                System.out.println("T2 running...");
                Thread.sleep(200);
                System.out.println("T2 running...");

                s.release();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
    }
}