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

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：

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

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：

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：

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：

//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：

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();
			}
		}
	}

}