技術問答集錦（12）併發程式設計-任務執行

猿碼道發表於2018-03-23
程式設計

1 序列執行的缺點？

程式碼序列執行，同步等待時間較長，CPU利用率低，造成糟糕的響應性和吞吐量；

2 每一個任務建立一個執行緒的不足？

  1. 執行緒生命週期開銷非常高；
  2. 資源消耗：當可執行執行緒數多於可用處理器的數量，會有執行緒閒置佔用記憶體，且大量執行緒競爭CPU導致效能開銷；
  3. 穩定性：不同平臺可建立執行緒的數量有限制；

3 為什麼要用執行緒池，如何合理的設定執行緒數量？

  1. 限制系統中使用執行緒的數量以及更好的使用執行緒；
  2. 減少執行緒建立和銷燬的次數，使執行緒可以多次複用；
  3. 根據系統情況，調整執行緒的數量。防止建立過多的執行緒，消耗過多的記憶體；

確認APP型別（N為CPU總合數）：（1）CPU密集型：執行緒池大小設定為N+1；（2）IO密集型：執行緒池大小設定為2N+1；

一個估算公式：最佳執行緒數目 = （執行緒等待時間與執行緒CPU時間之比 + 1）* CPU數目;

執行緒等待時間所佔比例越高，需要越多執行緒。執行緒CPU時間所佔比例越高，需要越少執行緒。

一個系統最快的部分是CPU，所以決定一個系統吞吐量上限的是CPU。增強CPU處理能力，可以提高系統吞吐量上限。但根據短板效應，真實的系統吞吐量並不能單純根據CPU來計算。那要提高系統吞吐量，就需要從“系統短板”（比如網路延遲、IO）著手：

（1）儘量提高短板操作的並行化比率，比如多執行緒下載技術；

（2）增強短板能力，比如用NIO替代IO；

第（1）條聯絡到Amdahl定律，這條定律定義了序列系統並行化後的加速比計算公式：

加速比=優化前系統耗時 / 優化後系統耗時

加速比越大，表明系統並行化的優化效果越好。Addahl定律還給出了系統並行度、CPU數目和加速比的關係，加速比為Speedup，系統序列化比率（指序列執行程式碼所佔比率）為F，CPU數目為N：

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

當N足夠大時，序列化比率F越小，加速比Speedup越大。其他詳細內容，請參考《如何合理地估算執行緒池大小？》

4 如何計算JVM可建立執行緒的最大數量？

首先要說明一點，Java執行緒的實現是基於底層系統的執行緒機制來實現的,程式中開的執行緒並不全部取決於JVM虛擬機器棧，而是取決於CPU，作業系統，其他程式，Java的版本。JVM的執行緒與計算機本身效能相關。

在不考慮系統本身限制的情況下，主要跟JVM一下幾點有關：

-Xms 初始堆大小 (在實際生產中，一般把-Xms和-Xmx設定成一樣的。)

-Xmx 最大堆大小

-Xss 每個執行緒棧大小

結論1：當給JVM的堆記憶體分配的越大，系統可建立的執行緒數量就越少；

結論2：當-Xss的的值越小，可生成的執行緒數量就越多，JDK5以下預設好像是256K，以上預設為1M；

總結：執行緒最大數量由JVM的堆(-Xmx,-Xms)大小、Thread的棧(-Xss)記憶體大小、系統最大可建立的執行緒數的限制引數三個方面影響。不考慮系統限制，可以通過這個公式估算：

執行緒數量 = (機器本身可用記憶體 - JVM分配的堆記憶體) / Xss的值。

5 Runnable是介面還是類？為什麼Runnable介面可以new？介面中方法、變數預設修飾符？

Runnable是介面，因為new Runnable介面產生的是一個匿名內部類，介面中的變數的修飾符預設為public static final；介面中的方法的修飾符預設為public abstract；

介面是一種高度抽象的模版，介面中的成員變數是模版的一部分，其介面的實現類必須共有這些成員變數，所以成員變數的修飾符預設為public、static、final。static使得實現這個介面的類，可以直接使用這個變數。如果是非靜態變數，那麼介面的多個實現類可能出現變數名重名的現象。final表示被修飾的變數為常數，不可以修改。一個既是static又是final的欄位表示只佔據一段不能改變的儲存空間。如果是非final變數，那麼介面的實現類可以修改變數的值，這與抽象類沒有區別了。由於介面起到標準化和規範化的作用，所以其成員變數預設修飾符為static、final。

6 execute方法呼叫後，任務會何時執行？

ThreadPoolExecutor.execute() => addWorker()

7 如果自己設計任務執行框架，要考慮哪些方面？

  1. 在什麼(What)執行緒中執行任務?
  2. 任務按照什麼(What)順序執行(優先順序)?
  3. 有多少個(How Many)任務能併發執行?
  4. 在佇列中有多少個(How Many)任務在等待執行?
  5. 系統該怎麼(How)拒絕任務?
  6. 在任務執行前後,應該進行哪些(What)動作?

8 Timer執行任務會有什麼缺點？

  1. Timer執行定時任務只會建立一個執行緒。
  2. Timer是基於絕對時間的排程機制,對系統時間敏感。
  3. Timer存線上程洩露問題(Timer不捕獲異常，當丟擲一個未檢查異常時執行緒將終止)。

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