☆技术问答集锦(12)并发编程-任务执行

1 串行执行的缺点?

代码串行执行,同步等待时间较长,CPU利用率低,造成糟糕的响应性和吞吐量;

2 每一个任务创建一个线程的不足?

  1. 线程生命周期开销非常高;
  2. 资源消耗:当可运行线程数多于可用处理器的数量,会有线程闲置占用内存,且大量线程竞争CPU导致性能开销;
  3. 稳定性:不同平台可创建线程的数量有限制;

3 为什么要用线程池,如何合理的设置线程数量?

  1. 限制系统中使用线程的数量以及更好的使用线程;
  2. 减少线程创建和销毁的次数,使线程可以多次复用;
  3. 根据系统情况,调整线程的数量。防止创建过多的线程,消耗过多的内存;

确认APP类型(N为CPU总合数):(1)CPU密集型:线程池大小设置为N+1;(2)IO密集型:线程池大小设置为2N+1;

一个估算公式:最佳线程数目 = (线程等待时间与线程CPU时间之比 + 1)* CPU数目;

线程等待时间所占比例越高,需要越多线程。线程CPU时间所占比例越高,需要越少线程

一个系统最快的部分是CPU,所以决定一个系统吞吐量上限的是CPU。增强CPU处理能力,可以提高系统吞吐量上限。但根据短板效应,真实的系统吞吐量并不能单纯根据CPU来计算。那要提高系统吞吐量,就需要从“系统短板”(比如网络延迟、IO)着手:

(1)尽量提高短板操作的并行化比率,比如多线程下载技术;

(2)增强短板能力,比如用NIO替代IO;

第(1)条联系到Amdahl定律,这条定律定义了串行系统并行化后的加速比计算公式:

加速比=优化前系统耗时 / 优化后系统耗时

加速比越大,表明系统并行化的优化效果越好。Addahl定律还给出了系统并行度、CPU数目和加速比的关系,加速比为Speedup,系统串行化比率(指串行执行代码所占比率)为F,CPU数目为N:

Speedup <= 1 / (F + (1-F)/N)

当N足够大时,串行化比率F越小,加速比Speedup越大。其他详细内容,请参考《如何合理地估算线程池大小?》

4 如何计算JVM可创建线程的最大数量?

首先要说明一点,Java线程的实现是基于底层系统的线程机制来实现的,程序中开的线程并不全部取决于JVM虚拟机栈,而是取决于CPU,操作系统,其他进程,Java的版本。JVM的线程与计算机本身性能相关。

在不考虑系统本身限制的情况下,主要跟JVM一下几点有关:

-Xms 初始堆大小 (在实际生产中,一般把-Xms和-Xmx设置成一样的。)

-Xmx 最大堆大小

-Xss 每个线程栈大小

结论1:当给JVM的堆内存分配的越大,系统可创建的线程数量就越少;

结论2:当-Xss的的值越小,可生成的线程数量就越多,JDK5以下默认好像是256K,以上默认为1M;

总结:线程最大数量由JVM的堆(-Xmx,-Xms)大小、Thread的栈(-Xss)内存大小、系统最大可创建的线程数的限制参数三个方面影响。不考虑系统限制,可以通过这个公式估算:

线程数量 = (机器本身可用内存 - JVM分配的堆内存) / Xss的值。

5 Runnable是接口还是类?为什么Runnable接口可以new?接口中方法、变量默认修饰符?

Runnable是接口,因为new Runnable接口产生的是一个匿名内部类,接口中的变量的修饰符默认为public static final;接口中的方法的修饰符默认为public abstract;

接口是一种高度抽象的模版,接口中的成员变量是模版的一部分,其接口的实现类必须共有这些成员变量,所以成员变量的修饰符默认为public、static、final。static使得实现这个接口的类,可以直接使用这个变量。如果是非静态变量,那么接口的多个实现类可能出现变量名重名的现象。final表示被修饰的变量为常数,不可以修改。一个既是static又是final的字段表示只占据一段不能改变的存储空间。如果是非final变量,那么接口的实现类可以修改变量的值,这与抽象类没有区别了。由于接口起到标准化和规范化的作用,所以其成员变量默认修饰符为static、final。

6 execute方法调用后,任务会何时执行?

ThreadPoolExecutor.execute() => addWorker()

7 如果自己设计任务执行框架,要考虑哪些方面?

  1. 在什么(What)线程中执行任务?
  2. 任务按照什么(What)顺序执行(优先级)?
  3. 有多少个(How Many)任务能并发执行?
  4. 在队列中有多少个(How Many)任务在等待执行?
  5. 系统该怎么(How)拒绝任务?
  6. 在任务执行前后,应该进行哪些(What)动作?

8 Timer执行任务会有什么缺点?

  1. Timer执行定时任务只会创建一个线程。
  2. Timer是基于绝对时间的调度机制,对系统时间敏感。
  3. Timer存在线程泄露问题(Timer不捕获异常,当抛出一个未检查异常时线程将终止)。
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