我说我懂多线程,面试官立马给我发了offer

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前言

只有光头才能变强。

文本已收录至我的GitHub精选文章,欢迎Stargithub.com/ZhongFuChen…

在上周总结了一篇「工作中常用到的Java集合类」,反响还不错。这周来写写Java另一个重要的知识点:「多线程

多线程大家在初学的时候,对这个知识点应该有不少的疑惑的。我认为主要原因有两个:

  • 多线程在初学的时候不太好学,并且一般写项目的时候也很少用得上(至少在初学阶段时写的项目基本不需要自己创建线程)。
  • 多线程的知识点在面试经常考,多线程所涉及的知识点非常多,难度也不低。

这就会给人带来一种感觉「这破玩意涉及的东西是真的广,平时也不怎么用,怎么面试就偏偏爱问这个鬼东西

不多BB,我要开始了。

为什么使用多线程?

首先,我们要明确的是「为什么要使用多线程」,可能有人会认为「使用多线程就是为了加快程序运行的速度啊」。如果你是这样回答了,那面试官可能会问你「那多线程是怎么加快程序运行速度的?」

于我的理解:使用多线程最主要的原因是提高系统的资源利用率

现在CPU基本都是多核的,如果你只用单线程,那就是只用到了一个核心,其他的核心就相当于空闲在那里了。

厕所的坑位有5个,如果只用一个坑位,那不是很亏?比如现在我有5个人要上厕所。

在单线程的时候:进去一个人解决要10分钟,然后后面的人都得等一个坑位。那总的时间就要花费50分钟。

在多线程的时候,进去一个人要解决10分钟,然后后面的人发现还有别的坑位,就去别的坑位了,不是傻瓜地等一个坑位。

我们可以把「等坑位」看作是IO操作,众所周知IO操作相对于CPU而言是非常慢的,CPU等待IO那段时间是空闲的。如果我们需要做类似IO这种慢的操作,可以开多个线程出来,尽量不要让CPU空闲下来,提高系统的资源利用率。

说白了,我们就是在**「压榨」**CPU的资源。本来就有的资源,如果有需要,我们就应当好好利用。

多线程不是银弹,并不是说线程越多,我们的资源利用效率就越好。执行IO操作我们线程可以适当多一点,因为很多时候CPU是相对空闲的。如果是计算型的操作,本来CPU就不空闲了,还开很多的线程就不对了(有多线程就会有线程切换的问题,线程切换都是需要耗费资源的)

多线程离我们远吗?

多线程其实离我们很近,只是很多时候我们感知不到它的存在而已。

Tomcat我相信每个Java后端的同学都认识它,它就是以多线程去响应请求的,我们可以在server.xml中配置连接池的配置,比如:

<Connector port="8080" maxThreads="350" maxHttpHeaderSize="8192" minSpareThreads="45" maxPostSize="512000" protocol="HTTP/1.1" enableLookups="false" redirectPort="8443" acceptCount="200" keepAliveTimeout="15000" maxKeepAliveRequests="-1" maxConnections="25000" connectionTimeout="15000" disableUploadTimeout="false" useBodyEncodingForURI="true" URIEncoding="UTF-8" />

Tomcat处理每一个请求都会从线程连接池里边用一个线程去处理,这显然是多线程的操作。然后这个请求线程顺藤摸瓜到了我们的Servlet,执行对应的service()方法。

而我们的service方法是无状态的,多个线程请求service方法,往往都没有操作共享变量,不操作共享变量就不会有线程安全问题。

上面只是用了Servlet举例,我们常用的SpringMVC其实也是一样的(毕竟底层还是Servlet)。

还有我们在连接数据库的时候,也会用对应的连接池(Druid、C3P0、DBCP等),比如常见的Druid配置:

<bean id="dataSource" class="com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource" init-method="init" destroy-method="close"> 
     <property name="url" value="${jdbc_url}" />
     <property name="username" value="${jdbc_user}" />
     <property name="password" value="${jdbc_password}" />

     <property name="filters" value="stat" />

     <property name="maxActive" value="20" />
     <property name="initialSize" value="1" />
     <property name="maxWait" value="60000" />
     <property name="minIdle" value="1" />

     <property name="timeBetweenEvictionRunsMillis" value="60000" />
     <property name="minEvictableIdleTimeMillis" value="300000" />

     <property name="testWhileIdle" value="true" />
     <property name="testOnBorrow" value="false" />
     <property name="testOnReturn" value="false" />

     <property name="poolPreparedStatements" value="true" />
     <property name="maxOpenPreparedStatements" value="20" />

     <property name="asyncInit" value="true" />
 </bean>

我想说的是:我们日常开发的程序几乎都是多线程模式的,只是绝大多数时候我们没感知到而已。很多时候都是框架帮我们屏蔽掉了。

多线程知识重要吗?

从上面总结下来,我们可以发现:我们日常「关于多线程的代码」写得不多,但是我们写的程序代码的的确确是在多线程的环境下跑的。

如果我们不懂多线程知识,很直接的一个现实:

生成结果

从文章最开头的思维导图,我们可以发现多线程的知识点还是很多的,我们起码得知道:

  • 线程和进程的区别
  • Thead类的常见方法
  • 可以用什么手段来解决线程安全性问题
  • Synchronized和Lock锁的区别
  • 什么是AQS、ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock锁
  • JDK自带的线程池有哪几个,线程池的构造方法重要的参数
  • 什么是死锁,怎么避免死锁
  • CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore是什么?
  • Atomic包下的常见子类,什么是CAS,CAS会有什么问题
  • ThreadLocal是什么?
  • .....//

虽然在工作中未必会全部用得上,但如果项目真的用到了,我们如果学过了可能就可以很快地理解当时为什么要这样设计(我觉得去挖掘过程还是挺有意思的)。

我可能不用,但你必须要有

这个道理也很容易懂:「我买电脑的时候,虽然我是木耳听不出什么音质出来,但你音质就是得好」。企业招人的时候也一样「你在工作的时候未必要写,但你必须要会

至少在我看来,从求职的角度触发,多线程是很重要的。之前我还整理过在我当时校招经常被问到的多线程面试题目:

  1. 多线程了解多少啊?使用多线程会有什么问题?你是怎么理解“线程安全”的?
  2. 如果我现在想要某个操作等待线程结束之后才执行,有什么方法可以实现?为什么要用CountDownLatch?CountDownLatch的底层是什么?(引出AQS)
  3. synchronized关键字来说一下,它的用途是什么?synchronized底层的原理是什么?
  4. 线程安全的容器有哪些?(着重于ConcurrentHashMap、CopyWriteOnArrayList与其他非线程安全容器的区别以及它们的具体实现)
  5. ThreadLocal你了解过吗?主要是用来干什么的?具体的源码实现原理来说一下吧
  6. 产生死锁的条件是什么?我们可以如何避免死锁?(可延伸到操作系统层面上的死锁)
  7. synchronized锁和ReentrantLock锁有什么区别呀?
  8. 线程池你应该也看过吧,来说说为什么要用线程池。JDK默认实现了几个线程池,分别有xxx(自然地ThreadPoolExecutor构造函数的常用几个参数你也得一起说出来)
  9. ...

我在工作中用到的线程知识有哪些

本来是打算这篇文章主旋律就写这块的,然后我翻了一下自己维护的系统,用到的线程的地方还真的不是很多...

我就拿我现在的系统用到线程相关知识的几个例子吧。

线程池

我这边有个调度系统,运营设置了对应的时间,该任务就去执行,执行的内容大致就是去读HDFS文件,然后将数据组装,再传递到下游。

任务触发了以后,我们直接将这个任务交给一个线程池去处理,交由线程池后就直接返回SUCCESS

这样做的好处是什么?如果多个任务同时触发,那可能某些任务执行时间过长,请求可能会被阻塞住,而我们如果放在线程池中可以提高系统的吞吐量。

使用线程池的时候,往往我们的调用方都不需要考虑请求是否立马处理成功。假设线程池在处理任务的时候因为某些原因失败了,我们可以走报警机制(用邮件/短信等渠道去提醒请求方即可)。

不知道大家学过消息队列了没有,我们常常说消息队列是异步的,很多时候调用方的请求我们丢到消息队列里边,就告诉调用方我们这条请求处理成功了。实际上,这个请求可能还交由下游的多个系统去处理,下游的系统可能也是异步的.....

在使用线程池的时候,很多时候我们也是把他当做异步来使(WebFlux实际上也是将请求丢到线程池嘛),只要我们的系统之间交互不是强一致性的,又希望提高系统的吞吐量,我们就可以考虑使用线程池。

轮询

有的时候,我们需要有一个线程去轮询处理某些任务。

比如,我的系统会有发短信的功能,我调用渠道商的下发接口的后,我需要拿到短信的回执信息,于是我就需要去调用渠道商的回执接口。

此时最简单的做法就是开一个线程,不断的轮询渠道商的回执接口(我们设定轮询的间隔时间即可)

Thread thread = new Thread(new Runnable() {
  @Override
  public void run() {
    while (true) {
      try {
        // 间隔一段时间轮询一次                                           
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(period);

        // 调用接口
        String result = http.post();

        // 得到result后进行处理(比如将结果插入到数据库)
        smsDao.insert(result);
      }
    }
  });
thread.start();

或者有的时候,我们把任务放到内存阻塞队列或者Redis,也是通过一个线程轮询去取「队列」的数据。

借助juc包实现线程安全

juc其实就是java.util.concurrent

我们在使用线程的时候,或者在日常开发的时候,都是得考虑我们现在使用的场景是否是线程安全的。

如果不是线程安全的,我们可以做什么东西来使我们的程序变得线程安全。

  • 如果是集合,我们可以考虑一下juc包下的集合类。
  • 如果是数值/对象,我们可以考虑一下atomic包下的类。
  • 如果是涉及到线程的重复利用,我们可以考虑一下是否要用线程池。
  • 如果涉及到对线程的控制(比如一次能使用多少个线程,当前线程触发的条件是否依赖其他线程的结果),我们可以考虑CountDownLatch/Semaphore等等
  • 如果synchronized无法满足你,我们可以考虑lock包下的类

放干货

现在已经工作有一段时间了,为什么还来写多线程呢,原因有以下几个:

  • 我是一个对排版有追求的人,如果早期关注我的同学可能会发现,我的GitHub、文章导航的read.me会经常更换。现在的GitHub导航也不合我心意了(太长了),并且早期的文章,说实话排版也不太行,我决定重新搞一波。
  • 我的文章会分发好几个平台,但文章发完了可能就没人看了,并且图床很可能因为平台的防盗链就挂掉了。又因为有很多的读者问我:”你能不能把你的文章转成PDF啊?“
  • 我写过很多系列级的文章,这些文章就几乎不会有太大的改动了,就非常适合把它们给”持久化“。

基于上面的原因,我决定把我的系列文章汇总成一个PDF/HTML/WORD文档。说实话,打造这么一个文档花了我不少的时间。为了防止白嫖,关注我的公众号回复「888」即可获取。

PDF的内容非常非常长,干货非常非常的硬,有兴趣的同学可以浏览一波。共有「129」页

文档的内容均为手打,有任何的不懂都可以直接来问我(公众号有我的联系方式)。

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