多线程并发库高级应用 之 使用java5中同步技术的3个面试题

转自:http://blog.csdn.net/xushuaic/article/details/8284218

第一题：

现有的程序代码模拟产生了16个日志对象，并且需要运行16秒才能打印完这些日志，请在程序中增加4个线程去调用parseLog()方法来分头打印

这16个日志对象，程序只需要运行4秒即可打印完这些日志对象。

原始代码：

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public class Test {

public static void main(String[] args){

System.out.println("begin:"+(System.currentTimeMillis()/1000));

/*模拟处理16行日志，下面的代码产生了16个日志对象，当前代码需要运行16秒才能打印完这些日志。

修改程序代码，开四个线程让这16个对象在4秒钟打完。

*/

for(int i=0;i<16;i++){ //这行代码不能改动

final String log = ""+(i+1); //这行代码不能改动

{

Test.parseLog(log);

}

}

}

//parseLog方法内部的代码不能改动

public static void parseLog(String log){

System.out.println(log+":"+(System.currentTimeMillis()/1000));

try {

Thread.sleep(1000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

实现：通过阻塞队列实现线程间的通信

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import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;

//BlockingQueue

public class Test {

public static void main(String[] args){

//创建一个空间大小为16的阻塞队列，空间大小可以任意，因为每次打印都要1秒，在此期间，

//4个线程足以不断去从队列中取数据，然后打印,即在1秒内打印4条日志信息

final BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<String>(16);

//开启4个线程打印

for(int i=0;i<4;i++){

new Thread(new Runnable(){

@Override

public void run() {

while(true){

try {

String log = queue.take(); //开始没有数据，阻塞，一旦有其中一个线程就去取

//数据，即不再阻塞，就开始打印

parseLog(log);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

}).start();

}

//打印秒数

System.out.println("begin:"+(System.currentTimeMillis()/1000));

for(int i=0;i<16;i++){ //这行代码不能改动

final String log = ""+(i+1);//这行代码不能改动

{

try {

queue.put(log); //向队列中存储数据

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

//Test.parseLog(log);

}

}

}

//parseLog方法内部的代码不能改动

public static void parseLog(String log){

System.out.println(log+":"+(System.currentTimeMillis()/1000));

try {

Thread.sleep(1000); //模拟每条日志打印需要1秒

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

第二题：

现成程序中的Test类中的代码在不断地产生数据，然后交给TestDo.doSome()方法去处理，就好像生产者在不断地产生数据，消费者在不断消费数据。

请将程序改造成有10个线程来消费生成者产生的数据，这些消费者都调用TestDo.doSome()方法去进行处理，故每个消费者都需要一秒才能处理完，程

序应保证这些消费者线程依次有序地消费数据，只有上一个消费者消费完后，下一个消费者才能消费数据，下一个消费者是谁都可以，但要保证这些消

费者线程拿到的数据是有顺序的。

原始代码：

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public class Test {

public static void main(String[] args) {

System.out.println("begin:"+(System.currentTimeMillis()/1000));

for(int i=0;i<10;i++){ //这行不能改动

String input = i+""; //这行不能改动

String output = TestDo.doSome(input);

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ ":" + output);

}

}

}

//不能改动此TestDo类

class TestDo {

public static String doSome(String input){

try {

Thread.sleep(1000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

String output = input + ":"+ (System.currentTimeMillis() / 1000);

return output;

}

}

在实现之前先介绍一个阻塞队列：SynchronousQuene

一种阻塞队列，其中每个插入操作必须等待另一个线程的对应移除操作 ，反之亦然。

同步队列没有任何内部容量，甚至连一个队列的容量都没有。除非另一个线程试图移除某个元素，否则也不能（使用任何方法）插入元素；

也不能迭代队列，因为其中没有元素可用于迭代。

应用：

它非常适合于传递性设计，在这种设计中，在一个线程中运行的对象要将某些信息、事件或任务传递给在另一个线程中运行的对象，

它就必须与该对象同步。

代码实现：

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import java.util.concurrent.SynchronousQueue;

/*Semaphore与SynchronousQueue的混合使用。

由于Semaphore只有1个许可权，所以谁先拿到谁执行，然后释放，保证依次执行,

用锁也行，只要保证一个线程执行即可

SynchronousQueue是必须有其他线程取的动作，这样一一对应

*/

public class Test {

public static void main(String[] args) {

//定义一个许可权为1的信号灯

final Semaphore semaphore = new Semaphore(1);

//产生的结果无序

final SynchronousQueue<String> queue = new SynchronousQueue<String>();

//产生10个线程

for(int i=0;i<10;i++){

new Thread(new Runnable(){

@Override

public void run() {

try {

semaphore.acquire(); //获取许可

String input = queue.take(); //获取并移除此队列的头

String output = TestDo.doSome(input);

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ ":" + output);

semaphore.release(); //释放许可

} catch (InterruptedException e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

}

}).start();

}

System.out.println("begin:"+(System.currentTimeMillis()/1000));

for(int i=0;i<10;i++){ //这行不能改动

String input = i+""; //这行不能改动

try {

queue.put(input); //将指定元素添加到此队列

} catch (InterruptedException e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

}

}

}

//不能改动此TestDo类

class TestDo {

public static String doSome(String input){

try {

Thread.sleep(1000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

String output = input + ":"+ (System.currentTimeMillis() / 1000);

return output;

}

}

第三题：

现有程序同时启动了4个线程去调用TestDo.doSome(key, value)方法，由于TestDo.doSome(key, value)方法内的代码是先暂停1秒，然后再输出以秒为

单位的当前时间值，所以，会打印出4个相同的时间值，如下所示：

4:4:1258199615

1:1:1258199615

3:3:1258199615

1:2:1258199615

请修改代码，如果有几个线程调用TestDo.doSome(key, value)方法时，传递进去的key相等（equals比较为true），则这几个线程应互斥排队输出结果，

即当有两个线程的key都是"1"时，它们中的一个要比另外其他线程晚1秒输出结果，如下所示：

4:4:1258199615

1:1:1258199615

3:3:1258199615

1:2:1258199616

总之，当每个线程中指定的key相等时，这些相等key的线程应每隔一秒依次输出时间值（要用互斥），如果key不同，则并行执行（相互之间不互斥）。

原始代码：

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//不能改动此Test类

public class Test extends Thread{

private TestDo testDo;

private String key;

private String value;

public Test(String key,String key2,String value){

this.testDo = TestDo.getInstance();

/*常量"1"和"1"是同一个对象，下面这行代码就是要用"1"+""的方式产生新的对象，

以实现内容没有改变，仍然相等（都还为"1"），但对象却不再是同一个的效果*/

this.key = key+key2;

this.value = value;

}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException{

Test a = new Test("1","","1");

Test b = new Test("1","","2");

Test c = new Test("3","","3");

Test d = new Test("4","","4");

System.out.println("begin:"+(System.currentTimeMillis()/1000));

a.start();

b.start();

c.start();

d.start();

}

public void run(){

testDo.doSome(key, value);

}

}

class TestDo {

private TestDo() {}

private static TestDo _instance = new TestDo();

public static TestDo getInstance() {

return _instance;

}

public void doSome(Object key, String value) {

// 以大括号内的是需要局部同步的代码，不能改动!

{

try {

Thread.sleep(1000);

System.out.println(key+":"+value + ":"

+ (System.currentTimeMillis() / 1000));

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

}

对于源代码中关于实现值相同而对象不同的效果进行解释：

对于：

a = "1"+"";

b = "1"+""

编译器自动优化，所以a和b是同一个对象

而对于：key = key+key2;

由于是变量，编译器无法识别，这时a和b把“1”和“”赋值给key和key2时会得到两个不同的对象

思想：

将集合中的对象作为同步代码块的锁，即this锁，每次将对象存入集合中的时候，就判断是否原集合中已经存在一个与将要存入集合的对象值相同

的对象，即用equals比较，如果有，那么就获取原来的这个对象，把这个对象作为将要存入对象的锁，这样它们持有的就是同一把锁，即可实现互

斥，这样就可以实现值相同的对象在不同的时刻打印的效果

代码中出现的问题：

在遍历ArrayList集合查找与要存入值相同元素的时候，进行了添加的动作，所以会出现并发修改异常，因此使用并发的CopyOnWriteArrayList

代码实现：

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import java.util.ArrayList;

import java.util.Iterator;

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

//不能改动此Test类

public class Test extends Thread{

private TestDo testDo;

private String key;

private String value;

public Test(String key,String key2,String value){

this.testDo = TestDo.getInstance();

/*常量"1"和"1"是同一个对象，下面这行代码就是要用"1"+""的方式产生新的对象，

以实现内容没有改变，仍然相等（都还为"1"），但对象却不再是同一个的效果*/

this.key = key+key2; //这里是变量，所以不会优化

/* a = "1"+"";

b = "1"+""

编译器自动优化，所以a和b是同一个对象

*/

this.value = value;

}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException{

Test a = new Test("1","","1");

Test b = new Test("1","","2");

Test c = new Test("3","","3");

Test d = new Test("4","","4");

System.out.println("begin:"+(System.currentTimeMillis()/1000));

a.start();

b.start();

c.start();

d.start();

}

public void run(){

testDo.doSome(key, value);

}

}

class TestDo {

private TestDo() {}

private static TestDo _instance = new TestDo();

public static TestDo getInstance() {

return _instance;

}

//private ArrayList keys = new ArrayList();

//迭代的时候不能修改数据，所以使用同步的ArrayList

private CopyOnWriteArrayList keys = new CopyOnWriteArrayList();

public void doSome(Object key, String value) {

Object o = key;

if(!keys.contains(o)){ //比较是否已经存入了一个相同值的对象

keys.add(o);

}else{

//迭代，找出原集合里和传进来的值相同的对象

for(Iterator iter=keys.iterator();iter.hasNext();){

try {

Thread.sleep(20); //迭代的时候休息一会，在ArrayList下演示并发修改异常

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

Object oo = iter.next();

if(oo.equals(o)){ //如果两个对象的值相同

o = oo; //就让原集合中的那个相等值的对象作为锁对象，由于原对象之前做的就是锁

//这样两个锁就相同了，就可以实现互斥

break;

}

}

}

synchronized(o)

// 以大括号内的是需要局部同步的代码，不能改动!

{

try {

Thread.sleep(1000);

System.out.println(key+":"+value + ":"

+ (System.currentTimeMillis() / 1000));

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

}