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并发工具类 - Java并发编程 面试题及答案

Java突击队2025/12/19大约 9 分钟高频面试题面试题

并发工具类

39.CountDownLatch（倒计数器）了解吗？

CountDownLatch，倒计数器，有两个常见的应用场景[18]：

场景1：协调子线程结束动作：等待所有子线程运行结束

CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。

例如，我们很多人喜欢玩的王者荣耀，开黑的时候，得等所有人都上线之后，才能开打。

王者荣耀等待玩家确认-来源参考[18]

CountDownLatch模仿这个场景(参考[18])：

创建大乔、兰陵王、安其拉、哪吒和铠等五个玩家，主线程必须在他们都完成确认后，才可以继续运行。

在这段代码中，new CountDownLatch(5)用户创建初始的latch数量，各玩家通过countDownLatch.countDown()完成状态确认，主线程通过countDownLatch.await()等待。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(5);

    Thread 大乔 = new Thread(countDownLatch::countDown);
    Thread 兰陵王 = new Thread(countDownLatch::countDown);
    Thread 安其拉 = new Thread(countDownLatch::countDown);
    Thread 哪吒 = new Thread(countDownLatch::countDown);
    Thread 铠 = new Thread(() -> {
        try {
            // 稍等，上个卫生间，马上到...
            Thread.sleep(1500);
            countDownLatch.countDown();
        } catch (InterruptedException ignored) {}
    });

    大乔.start();
    兰陵王.start();
    安其拉.start();
    哪吒.start();
    铠.start();
    countDownLatch.await();
    System.out.println("所有玩家已经就位！");
}

场景2. 协调子线程开始动作：统一各线程动作开始的时机

王者游戏中也有类似的场景，游戏开始时，各玩家的初始状态必须一致。不能有的玩家都出完装了，有的才降生。

所以大家得一块出生，在

王者荣耀-来源参考[18]

在这个场景中，仍然用五个线程代表大乔、兰陵王、安其拉、哪吒和铠等五个玩家。需要注意的是，各玩家虽然都调用了start()线程，但是它们在运行时都在等待countDownLatch的信号，在信号未收到前，它们不会往下执行。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);

    Thread 大乔 = new Thread(() -> waitToFight(countDownLatch));
    Thread 兰陵王 = new Thread(() -> waitToFight(countDownLatch));
    Thread 安其拉 = new Thread(() -> waitToFight(countDownLatch));
    Thread 哪吒 = new Thread(() -> waitToFight(countDownLatch));
    Thread 铠 = new Thread(() -> waitToFight(countDownLatch));

    大乔.start();
    兰陵王.start();
    安其拉.start();
    哪吒.start();
    铠.start();
    Thread.sleep(1000);
    countDownLatch.countDown();
    System.out.println("敌方还有5秒达到战场，全军出击！");
}

private static void waitToFight(CountDownLatch countDownLatch) {
    try {
        countDownLatch.await(); // 在此等待信号再继续
        System.out.println("收到，发起进攻！");
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

CountDownLatch的核心方法也不多：

  • await()：等待latch降为0；
  • boolean await(long timeout, TimeUnit unit)：等待latch降为0，但是可以设置超时时间。比如有玩家超时未确认，那就重新匹配，总不能为了某个玩家等到天荒地老。
  • countDown()：latch数量减1；
  • getCount()：获取当前的latch数量。

40.CyclicBarrier（同步屏障）了解吗？

CyclicBarrier的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让一 组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续运行。

它和CountDownLatch类似，都可以协调多线程的结束动作，在它们结束后都可以执行特定动作，但是为什么要有CyclicBarrier，自然是它有和CountDownLatch不同的地方。

不知道你听没听过一个新人UP主小约翰可汗，小约翰生平有两大恨——“想结衣结衣不依,迷爱理爱理不理。”我们来还原一下事情的经过：小约翰在亲政后认识了新垣结衣，于是决定第一次选妃，向结衣表白，等待回应。然而新垣结衣回应嫁给了星野源，小约翰伤心欲绝，发誓生平不娶，突然发现了铃木爱理，于是小约翰决定第二次选妃，求爱理搭理，等待回应。

想结衣结衣不依,迷爱理爱理不理。

我们拿代码模拟这一场景，发现CountDownLatch无能为力了，因为CountDownLatch的使用是一次性的，无法重复利用，而这里等待了两次。此时，我们用CyclicBarrier就可以实现，因为它可以重复利用。

小约翰可汗选妃模拟代码

运行结果：

运行结果

CyclicBarrier最最核心的方法，仍然是await()：

  • 如果当前线程不是第一个到达屏障的话，它将会进入等待，直到其他线程都到达，除非发生被中断、屏障被拆除、屏障被重设等情况；

上面的例子抽象一下，本质上它的流程就是这样就是这样：

CyclicBarrier工作流程

41.CyclicBarrier和CountDownLatch有什么区别？

两者最核心的区别[18]：

  • CountDownLatch是一次性的，而CyclicBarrier则可以多次设置屏障，实现重复利用；
  • CountDownLatch中的各个子线程不可以等待其他线程，只能完成自己的任务；而CyclicBarrier中的各个线程可以等待其他线程

它们区别用一个表格整理：

CyclicBarrier

CountDownLatch

CyclicBarrier是可重用的，其中的线程会等待所有的线程完成任务。届时，屏障将被拆除，并可以选择性地做一些特定的动作。

CountDownLatch是一次性的，不同的线程在同一个计数器上工作，直到计数器为0.

CyclicBarrier面向的是线程数

CountDownLatch面向的是任务数

在使用CyclicBarrier时，你必须在构造中指定参与协作的线程数，这些线程必须调用await()方法

使用CountDownLatch时，则必须要指定任务数，至于这些任务由哪些线程完成无关紧要

CyclicBarrier可以在所有的线程释放后重新使用

CountDownLatch在计数器为0时不能再使用

在CyclicBarrier中，如果某个线程遇到了中断、超时等问题时，则处于await的线程都会出现问题

在CountDownLatch中，如果某个线程出现问题，其他线程不受影响

42.Semaphore（信号量）了解吗？

Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。

听起来似乎很抽象，现在汽车多了，开车出门在外的一个老大难问题就是停车 。停车场的车位是有限的，只能允许若干车辆停泊，如果停车场还有空位，那么显示牌显示的就是绿灯和剩余的车位，车辆就可以驶入；如果停车场没位了，那么显示牌显示的就是绿灯和数字0，车辆就得等待。如果满了的停车场有车离开，那么显示牌就又变绿，显示空车位数量，等待的车辆就能进停车场。

停车场空闲车位提示-图片来源网络

我们把这个例子类比一下，车辆就是线程，进入停车场就是线程在执行，离开停车场就是线程执行完毕，看见红灯就表示线程被阻塞，不能执行，Semaphore的本质就是协调多个线程对共享资源的获取。

Semaphore许可获取-来源参考[18]

我们再来看一个Semaphore的用途：它可以用于做流量控制，特别是公用资源有限的应用场景，比如数据库连接。

假如有一个需求，要读取几万个文件的数据，因为都是IO密集型任务，我们可以启动几十个线程并发地读取，但是如果读到内存后，还需要存储到数据库中，而数据库的连接数只有10个，这时我们必须控制只有10个线程同时获取数据库连接保存数据，否则会报错无法获取数据库连接。这个时候，就可以使用Semaphore来做流量控制，如下：

    public class SemaphoreTest {
        private static final int THREAD_COUNT = 30;
        private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);
        private static Semaphore s = new Semaphore(10);
    
        public static void main(String[] args) {
            for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
                threadPool.execute(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        try {
                            s.acquire();
                            System.out.println("save data");
                            s.release();
                        } catch (InterruptedException e) {
                        }
                    }
                });
            }
            threadPool.shutdown();
        }
    }

在代码中，虽然有30个线程在执行，但是只允许10个并发执行。Semaphore的构造方法 Semaphore（int permits）接受一个整型的数字，表示可用的许可证数量。Semaphore（10）表示允许10个线程获取许可证，也就是最大并发数是10。Semaphore的用法也很简单，首先线程使用 Semaphore的acquire()方法获取一个许可证，使用完之后调用release()方法归还许可证。还可以用tryAcquire()方法尝试获取许可证。

43.Exchanger 了解吗？

Exchanger（交换者）是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点，两个线程可以交换彼此的数据。

英雄交换猎物-来源参考[18]

这两个线程通过 exchange方法交换数据，如果第一个线程先执行exchange()方法，它会一直等待第二个线程也执行exchange方法，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方。

Exchanger可以用于遗传算法，遗传算法里需要选出两个人作为交配对象，这时候会交换两人的数据，并使用交叉规则得出2个交配结果。Exchanger也可以用于校对工作，比如我们需要将纸制银行流水通过人工的方式录入成电子银行流水，为了避免错误，采用AB岗两人进行录入，录入到Excel之后，系统需要加载这两个Excel，并对两个Excel数据进行校对，看看是否录入一致。

    public class ExchangerTest {
        private static final Exchanger<String> exgr = new Exchanger<String>();
        private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
    
        public static void main(String[] args) {
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        String A = "银行流水A"; // A录入银行流水数据 
                        exgr.exchange(A);
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                }
            });
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        String B = "银行流水B"; // B录入银行流水数据 
                        String A = exgr.exchange("B");
                        System.out.println("A和B数据是否一致：" + A.equals(B) + "，A录入的是："
                                + A + "，B录入是：" + B);
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                }
            });
            threadPool.shutdown();
        }
    }

假如两个线程有一个没有执行exchange()方法，则会一直等待，如果担心有特殊情况发生，避免一直等待，可以使用exchange(V x, long timeOut, TimeUnit unit) 设置最大等待时长。

最近建一些几十个工作内推群，各大城市都有，群里目前已经收集了很多内推岗位，大厂、中厂、小厂、外包都有。 欢迎HR、开发、测试、运维和产品加入。

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