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Java并发编程常见问题解析

近期结合自己所学的多线程JUC相关知识点，对Java并发编程几个常见问题进行了总结和思考。以下是对几大问题的详细解答。

一、Java如何开启线程？怎么保证线程安全？

Java如何开启线程？

Java开启线程的方式主要有以下四种：

线程安全的保证方法

在Java中，线程安全的常用方法包括：

二、synchronized和Volatile有什么区别？volatile能不能保证线程安全？

synchronized和Volatile的区别

• synchronized：是JVM层面的关键字，用于加锁，保证线程进入同一区域的同步执行。
• Volatile：是JVM层面的可见性关键字，主要用于保证共享变量的可见性，适用于多线程读/写共享变量的场景。

Volatile的性质

• 可见性：确保其他线程能够及时感知共享变量的变化。
• 原子性：不具备原子性，可能导致数据不一致。
• 禁止指令重排：防止指令执行顺序优化可能导致的线程安全问题。

Volatile能不能保证线程安全？

Volatile无法保证线程安全，因为它不具备原子性。例如，多个线程同时修改同一个volatile变量可能导致数据不一致。

DCL单例为什么要加volatile？

为了防止指令重排，确保单例的初始化线程安全。例如，双重锁加volatile可以防止初始化时的竞态条件和指令重排问题。

三、Java线程锁机制是怎样的？偏向锁、轻量级锁、重量级锁有什么区别？

锁的机制

Java的锁机制基于对象的Markword记录锁状态。根据资源竞争的剧烈程度，锁会自动升级：

锁升级机制

锁升级是根据资源竞争的严重程度进行的：

四、AQS的理解及其实现可重入锁

AQS的理解

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java线程的同步框架，用于实现许多锁的基础设施。ReentrantLock的可重入性基于AQS实现。

AQS的实现机制

AQS维护了一个信号量state和一个双向链表队列。state用于控制线程排队或放行，具体意义根据使用场景而定。在可重入锁中，state用于表示加锁的次数（0表示无锁状态）。

五、有A、B、C三个线程，如何保证三个线程同时执行？如何在并发情况下保证三个线程依次执行？如何保证三个线程有序交错进行？

同时执行三个线程

可以通过JUC的信号量工具类CountDownLatch或CyclicBarrier实现。例如：

线程依次执行

可以利用共享变量的可见性实现线程的有序执行。例如：

static volatile int ticket = 1;public static void main(String[] args) {    Thread t1 = new Thread(() -> {        while (true) {            if (ticket == 1) {                try {                    Thread.sleep(100);                    System.out.println("a");                    ticket = 2;                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                }            }        }    });    Thread t2 = new Thread(() -> {        while (true) {            if (ticket == 2) {                try {                    Thread.sleep(100);                    System.out.println("b");                    ticket = 3;                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                }            }        }    });    Thread t3 = new Thread(() -> {        while (true) {            if (ticket == 3) {                try {                    Thread.sleep(100);                    System.out.println("c");                    ticket = 1;                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                }            }        }    });    t1.start();    t2.start();    t3.start();}

线程有序交错进行

可以使用Semaphore信号量或JUC的Condition实现。例如：

private static Semaphore s1 = new Semaphore(1);private static Semaphore s2 = new Semaphore(1);private static Semaphore s3 = new Semaphore(1);public static void main(String[] args) {    try {        s1.acquire();        s2.acquire();    } catch (InterruptedException e1) {        e1.printStackTrace();    }    new Thread(() -> {        while (true) {            try {                s1.acquire();                System.out.println("A");                s2.release();            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }            try {                Thread.sleep(500);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }).start();    new Thread(() -> {        while (true) {            try {                s2.acquire();                System.out.println("B");                s3.release();            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }            try {                Thread.sleep(500);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }).start();    new Thread(() -> {        while (true) {            try {                s3.acquire();                System.out.println("C");                s1.release();            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }            try {                Thread.sleep(500);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }).start();}

六、如何对一个字符串快速进行排序？

使用Fork/Join框架实现

Fork/Join框架适合对大字符串进行排序。具体实现步骤如下：

例如：

public class MergeTest {    private static int MAX = 100;    private static int inits[] = new int[MAX];    static {        Random r = new Random();        for (int index = 1; index <= MAX; index++) {            inits[index - 1] = r.nextInt(1000);        }    }    public static void main(String[] args) throws Exception {        long beginTime = System.currentTimeMillis();        ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();        MyTask task = new MyTask(inits);        ForkJoinTask
   
     taskResult = pool.submit(task);        try {            int[] ints = taskResult.get();            System.out.println(Arrays.toString(ints));        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {            e.printStackTrace(System.out);        }        long endTime = System.currentTimeMillis();        System.out.println("耗时=" + (endTime - beginTime));    }    static class MyTask extends RecursiveTask
    
      {        private int source[];        public MyTask(int source[]) {            this.source = source;        }        @Override        protected int[] compute() {            int sourceLen = source.length;            if (sourceLen > 2) {                int midIndex = sourceLen / 2;                MyTask task1 = new MyTask(Arrays.copyOf(source, midIndex));                task1.fork();                MyTask task2 = new MyTask(Arrays.copyOfRange(source, midIndex, sourceLen));                task2.fork();                return joinInts(task1.join(), task2.join());            } else {                if (sourceLen == 1 || source[0] <= source[1]) {                    return source;                } else {                    int targetp[] = new int[sourceLen];                    targetp[0] = source[1];                    targetp[1] = source[0];                    return targetp;                }            }        }        private static int[] joinInts(int array1[], int array2[]) {            int destInts[] = new int[array1.length + array2.length];            int array1Len = array1.length;            int array2Len = array2.length;            for (int index = 0, array1Index = 0, array2Index = 0; index < destInts.length; index++) {                int value1 = array1Index >= array1Len ? Integer.MAX_VALUE : array1[array1Index];                int value2 = array2Index >= array2Len ? Integer.MAX_VALUE : array2[array2Index];                if (value1 < value2) {                    array1Index++;                    destInts[index] = value1;                } else {                    array2Index++;                    destInts[index] = value2;                }            }            return destInts;        }    }}
    
   

以上就是对Java并发编程常见问题的总结和思考，希望对理解Java并发编程有所帮助。

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