Java多线程与并发库高级应用-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。原始代码如下：

package read;
    
    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();
            }        
        }
        
    }

使用阻塞队列可以解决此问题

public class Test {
        
        public static void main(String[] args){
            
            //使用阻塞队列可以解决此问题，() 中的参数可以为 1
            final BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue<>(16);
            
            for(int i = 0;i<4;i++){
                new Thread(new Runnable(){
                    @Override
                    public void run() {
                        while(true){
                            try {
                                String log = (String)queue.take();
                                parseLog(log);
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                    }
                }).start();
            }
            
            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
                {
                    try {
                        queue.put(log);
                    } 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);
            } 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。原始代码如下：

package queue;
    
    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;
        }
    }

使用 SychronousQueue（同步队列）来解决问题

public class Test {
    
        public static void main(String[] args) {
            //同步队列，检测到有线程等待取数据时，才会往queue中放入数据
            final SynchronousQueue queue = new SynchronousQueue();
            //这里使用个数为1信号灯，保证一次只有一个线程取数据，目的是为了同步，也可以使用Lock
            final Semaphore semaphore = new Semaphore(1);
            
            for(int i = 0;i<10;i++){
                new Thread(new Runnable(){
                    public void run(){
                        try {
                            semaphore.acquire();
                            String input = (String)queue.take();
                            String output = TestDo.doSome(input);
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ ":" + output);
                            semaphore.release();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            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);
                } 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）。原始代码如下：

package syn;

    //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();
                }
            }
        }

    }

主要是线程的互斥

//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
         */
        /*
         * a = "1"+""; b = "1"+""; a, b是同一个对象编译器会自动优化常量，但是key1+key2编译器无法自动进行优化
         * 所以this.key不是同一个对象
         */
        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;
    }

    // 因为对集合记性迭代的时候不能修改集合，所以这里使用 CopyOnWriteArrayList
    private CopyOnWriteArrayList list = new CopyOnWriteArrayList();

    public void doSome(Object key, String value) {
        Object o = key;
        if (!list.contains(o)) {
            list.add(o);
        } else {
            for (Iterator iter = list.iterator(); iter.hasNext();) {
                try {
                    Thread.sleep(20);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                if (iter.next().equals(key)) {
                    o = iter.next();
                }
            }
        }

        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();
            }
        }
    }

}