[java八股文][Java并发编程面试篇]场景

多线程打印奇偶数，怎么控制打印的顺序

可以利用wait()和notify()来控制线程的执行顺序。

以下是一个基于这种方法的简单示例：

public class PrintOddEven {private static final Object lock = new Object();private static int count = 1;private static final int MAX_COUNT = 10;public static void main(String[] args) {Runnable printOdd = () -> {synchronized (lock) {while (count <= MAX_COUNT) {if (count % 2 != 0) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + count++);lock.notify();} else {try {lock.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}};Runnable printEven = () -> {synchronized (lock) {while (count <= MAX_COUNT) {if (count % 2 == 0) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + count++);lock.notify();} else {try {lock.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}};Thread oddThread = new Thread(printOdd, "OddThread");Thread evenThread = new Thread(printEven, "EvenThread");oddThread.start();evenThread.start();}
}

在上面的示例中，通过一个共享的锁对象lock来控制两个线程的交替执行。一个线程负责打印奇数，另一个线程负责打印偶数，通过wait()和notify()方法来在两个线程之间实现顺序控制。当当前应该打印奇数时，偶数线程会进入等待状态，反之亦然。

• 创建 3 个并发执行的线程，在每个线程的任务结束时调用 countDown 方法将计数器减 1。
• 创建第 4 个线程，使用 await 方法等待计数器为 0，即等待其他 3 个线程完成任务。

import java.util.concurrent.CountDownLatch;public class CountDownLatchExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个 CountDownLatch，初始计数为 3CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);// 创建并启动 3 个并发线程for (int i = 0; i < 3; i++) {final int threadNumber = i + 1;new Thread(() -> {try {System.out.println("Thread " + threadNumber + " is working.");// 模拟线程执行任务Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000));System.out.println("Thread " + threadNumber + " has finished.");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {// 任务完成后，计数器减 1latch.countDown();}}).start();}// 创建并启动第 4 个线程，等待其他 3 个线程完成new Thread(() -> {try {System.out.println("Waiting for other threads to finish.");// 等待计数器为 0latch.await();System.out.println("All threads have finished, this thread starts to work.");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}).start();}
}

代码解释：

• 首先，创建了一个 CountDownLatch 对象 latch，并将其初始计数设置为 3。
• 然后，使用 for 循环创建并启动 3 个线程。每个线程会执行一些工作（这里使用 Thread.sleep 模拟），在工作完成后，会调用 latch.countDown() 方法，将 latch 的计数减 1。
• 最后，创建第 4 个线程。这个线程在开始时调用 latch.await() 方法，它会阻塞，直到 latch 的计数为 0，即前面 3 个线程都调用了 countDown() 方法。一旦计数为 0，该线程将继续执行后续任务。

#单例模型既然已经用了synchronized，为什么还要在加volatile？

使用 synchronized 和 volatile 一起，可以创建一个既线程安全又能正确初始化的单例模式，避免了多线程环境下的各种潜在问题。这是一种比较完善的线程安全的单例模式实现方式，尤其适用于高并发环境。

public class Singleton {private static volatile Singleton instance;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}

synchronized 关键字的作用用于确保在多线程环境下，只有一个线程能够进入同步块（这里是 synchronized (Singleton.class)）。在创建单例对象时，通过 synchronized 保证了创建过程的线程安全性，避免多个线程同时创建多个单例对象。

volatile 确保了对象引用的可见性和创建过程的有序性，避免了由于指令重排序而导致的错误。

instance = new Singleton(); 这行代码并不是一个原子操作，它实际上可以分解为以下几个步骤：

• 分配内存空间。
• 实例化对象。
• 将对象引用赋值给 instance。

由于 Java 内存模型允许编译器和处理器对指令进行重排序，在没有 volatile 的情况下，可能会出现重排序，例如先将对象引用赋值给 instance，但对象的实例化操作尚未完成。

这样，其他线程在检查 instance == null 时，会认为单例已经创建，从而得到一个未完全初始化的对象，导致错误。

volatile 可以保证变量的可见性和禁止指令重排序。它确保对 instance 的修改对所有线程都是可见的，并且保证了上述三个步骤按顺序执行，避免了在单例创建过程中因指令重排序而导致的问题。

#3个线程并发执行，1个线程等待这三个线程全部执行完在执行，怎么实现？

可以使用 CountDownLatch 来实现 3 个线程并发执行，另一个线程等待这三个线程全部执行完再执行的需求。以下是具体的实现步骤：

• 创建一个 CountDownLatch 对象，并将计数器初始化为 3，因为有 3 个线程需要等待。
• 创建 3 个并发执行的线程，在每个线程的任务结束时调用 countDown 方法将计数器减 1。
• 创建第 4 个线程，使用 await 方法等待计数器为 0，即等待其他 3 个线程完成任务。

import java.util.concurrent.CountDownLatch;public class CountDownLatchExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个 CountDownLatch，初始计数为 3CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);// 创建并启动 3 个并发线程for (int i = 0; i < 3; i++) {final int threadNumber = i + 1;new Thread(() -> {try {System.out.println("Thread " + threadNumber + " is working.");// 模拟线程执行任务Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000));System.out.println("Thread " + threadNumber + " has finished.");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {// 任务完成后，计数器减 1latch.countDown();}}).start();}// 创建并启动第 4 个线程，等待其他 3 个线程完成new Thread(() -> {try {System.out.println("Waiting for other threads to finish.");// 等待计数器为 0latch.await();System.out.println("All threads have finished, this thread starts to work.");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}).start();}
}

代码解释：

• 首先，创建了一个 CountDownLatch 对象 latch，并将其初始计数设置为 3。
• 然后，使用 for 循环创建并启动 3 个线程。每个线程会执行一些工作（这里使用 Thread.sleep 模拟），在工作完成后，会调用 latch.countDown() 方法，将 latch 的计数减 1。
• 最后，创建第 4 个线程。这个线程在开始时调用 latch.await() 方法，它会阻塞，直到 latch 的计数为 0，即前面 3 个线程都调用了 countDown() 方法。一旦计数为 0，该线程将继续执行后续任务。

#假设两个线程并发读写同一个整型变量，初始值为零，每个线程加 50 次，结果可能是什么？

在没有任何同步机制的情况下，两个线程并发对同一个整型变量进行 50 次加 1 操作，最终结果可能是 100，也可能小于 100，最坏的结果是 50，也就是最终的结果可能是在 [50, 100] 。

小于 100 情况的分析，由于对整型变量的 num++ 操作不是原子操作，它实际上包含了三个步骤：读取变量的值、将值加 1、将新值写回变量。在多线程环境下，可能会出现线程安全问题。例如，线程 1 和线程 2 同时读取了变量的当前值，然后各自将其加 1，最后都将相同的新值写回变量，这就导致了一次加 1 操作的丢失。这种情况会多次发生，最终结果就会小于 100。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;public class AtomicIntegerAddition {private static AtomicInteger num = new AtomicInteger(0);public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread thread1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 50; i++) {num.incrementAndGet();}});Thread thread2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 50; i++) {num.incrementAndGet();}});thread1.start();thread2.start();thread1.join();thread2.join();System.out.println("最终结果: " + num.get());}
}

第二种方式：通过 synchronized 关键字或 ReentrantLock 确保操作的互斥性，代码如下：

public class SynchronizedAddition {private static int num = 0;private static final Object lock = new Object();public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread thread1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 50; i++) {synchronized (lock) {num++;}}});Thread thread2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 50; i++) {synchronized (lock) {num++;}}});thread1.start();thread2.start();thread1.join();thread2.join();System.out.println("最终结果: " + num);}
}