并发编程面试题3

一、CountDownLatch，Semaphore的高频问题：

1.1 CountDownLatch是啥？有啥用？底层咋实现的？

CountDownLatch 本质上是一个计数器，用于协调多个线程之间的同步。主要应用场景是在多线程并行处理业务时，需要等待其他线程处理完再进行后续操作，例如合并结果或响应用户请求。

用法：

• 在主线程中创建一个 CountDownLatch 对象，指定计数器的初始值。
• 每个子线程在处理完任务后，调用 countDown 方法将计数器减1。
• 主线程调用 await 方法，等待计数器归零后继续执行。

底层实现：

• 基于 AQS（AbstractQueuedSynchronizer）实现。
• 创建 CountDownLatch 时，指定的数值会赋值给 state 属性。
• 子线程调用 countDown 方法时，state 减1。
• 当 state 归零时，调用 await 方法挂起的线程会被唤醒。

注意：CountDownLatch 不能重复使用，用完即销毁。

1.2 Semaphore是啥？有啥用？底层咋实现的？

Semaphore 是一种信号量，用于控制同时访问某个特定资源的线程数量，常用于限流。

用法：

• 在 Hystrix 中用于信号量隔离，限制并发线程数。
• 创建 Semaphore 对象时，指定信号量的数量。
• 每个任务提交时，获取一个信号量；任务完成后，归还信号量。

底层实现：

• 基于 AQS 实现。
• 构建信号量时，指定信号量的资源数。
• 获取信号量时，通过 CAS 保证原子性。
• 归还信号量时，也通过类似的机制保证线程安全。

1.3 main线程结束，程序会停止吗？

• 如果 main 线程结束后，仍有用户线程在执行，程序不会结束。
• 如果 main 线程结束后，剩下的线程都是守护线程，程序会结束。

二、CopyOnWriteArrayList的高频问题：

2.1 CopyOnWriteArrayList是如何保证线程安全的？有什么缺点吗？

线程安全性：

• 写操作时，通过 ReentrantLock 保证原子性。
• 写操作会复制一个副本，写入成功后再更新到 CopyOnWriteArrayList 的数组中。
• 读操作不会出现数据不一致问题，因为读的是快照。

缺点：

• 写操作时需要复制副本，如果数据量大，空间占用和写入时间成本较高。
• 不适合写操作频繁且数据量大的场景。

三、ConcurrentHashMap（JDK1.8）的高频问题：

3.1 HashMap为啥线程不安全？

1. 在 JDK1.7 中可能出现环（扩容时）。
2. 数据可能会覆盖和丢失。
3. 计数器操作（如 ++）不安全，导致记录不准确。
4. 数据迁移和扩容可能导致数据丢失。

3.2 ConcurrentHashMap如何保证线程安全的？

1. 尾插和扩容时通过 CAS 保证线程安全。
2. 写入数组时通过 CAS 保证安全，挂入链表或插入红黑树时通过 synchronized 保证安全。
3. 计数器采用 LongAdder 实现，底层使用 CAS。
4. 扩容时通过 CAS 保证数据迁移不出现并发问题，并支持并发扩容。
   

3.3 ConcurrentHashMap构建好，数组就创建出来了吗？如果不是，如何保证初始化数组的线程安全？

• ConcurrentHashMap 是懒加载机制，大多数框架组件都是懒加载的。
• 通过 CAS 修改 sizeCtl 变量保证初始化线程安全，同时使用双重检查锁定（DCL）技术，外层判断数组未初始化，内层再检查一次。

3.4 为什么负载因子是0.75，为什么链表长度到8转为红黑树？

负载因子：

• 0.75 是一个平衡选择，兼顾了空间利用率和哈希冲突率。
• 0.5：扩容太频繁，空间利用率低。
• 1：哈希冲突频繁，查询效率低。

链表转红黑树：

• 根据泊松分布，链表长度达到8的概率非常低，保持查询效率。
• 红黑树写入成本高，尽量规避使用。

3.5 ConcurrentHashMap何时扩容，扩容的流程是什么？

扩容时机：

1. 元素个数达到负载因子计算的阈值。
2. 调用 putAll 方法时，如果插入的数据大于下次扩容的阈值。
3. 数组长度小于64，且链表长度大于等于8时。
   

扩容流程：

1. 每个扩容线程计算一个扩容标识戳。
2. 第一个扩容线程对 sizeCtl + 2，表示一个线程在扩容。
3. 其他扩容线程对 sizeCtl + 1，表示多个线程帮助扩容。
4. 第一个线程初始化新数组。
5. 每个线程领取迁移数据任务，每次长度为16。
6. 数据迁移完毕后，线程退出扩容，对 sizeCtl - 1。
7. 最后一个退出扩容的线程检查遗留数据，再 - 1，扩容结束。

3.6 ConcurrentHashMap得计数器如何实现的？

• 基于 LongAdder 的机制实现，但没有直接使用 LongAdder，而是采用类似 LongAdder 的原理实现。
• LongAdder 使用 CAS 添加，保证原子性，同时基于分段锁保证并发性。

3.7 ConcurrentHashMap的读操作会阻塞吗？

• 读操作不会阻塞。
• 读数组：直接返回。
• 读链表：遍历链表查询。
• 扩容时：如果当前索引位置数据已迁移到新数组，直接查询新数组。
• 读红黑树：转换红黑树时，保留一个双向链表，读操作查询链表。通过 TreeBin 的 lockState 判断是否有线程在写操作。