持续总结中！2024年面试必问 20 道并发编程面试题（九）

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十七、请解释什么是Callable和FutureTask。

Callable和FutureTask是Java并发API中的重要组成部分，它们用于处理可能产生结果的异步任务。

Callable接口

Callable是一个接口，定义在java.util.concurrent包中。它与Runnable接口相似，但有一些关键的区别：

1. 返回值：Callable的任务可以返回一个值，这是通过实现call()方法来指定的。与之不同，Runnable任务没有返回值。
2. 异常：Callable可以抛出任何类型的检查异常或非检查异常，而Runnable只能抛出运行时异常。
3. 任务类型：Callable通常用于那些需要执行计算并返回结果的任务，而Runnable通常用于执行一些操作而不返回结果。

Callable接口的典型使用方式如下：

Callable<Integer> task = new Callable<Integer>() {
    public Integer call() throws Exception {
        // 执行一些操作
        return 42; // 返回结果
    }
};

FutureTask类

FutureTask是一个类，同样定义在java.util.concurrent包中。它实现了RunnableFuture接口，该接口是Runnable和Future的组合。FutureTask可以用来包装一个Callable任务，提供以下功能：

1. 运行和取消任务：FutureTask可以作为一个Runnable任务被执行，并且可以取消尚未完成的任务。
2. 获取结果：FutureTask实现了Future接口，可以获取Callable任务的结果。
3. 等待结果：提供了get()方法，可以阻塞等待直到任务完成并返回结果。
4. 异常处理：如果Callable任务抛出异常，FutureTask的get()方法将抛出ExecutionException，其原因将包含原始异常。

FutureTask的典型使用方式如下：

FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(task);
executor.execute(futureTask); // 执行任务

try {
    Integer result = futureTask.get(); // 获取结果
    System.out.println("Task result: " + result);
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
    e.printStackTrace();
}

Callable和FutureTask的结合使用

Callable和FutureTask通常结合使用来实现异步任务执行和结果获取。Callable定义了任务的逻辑，而FutureTask提供了执行任务、取消任务、获取结果和异常处理的机制。

总结

• Callable是一个接口，用于创建可以返回结果和抛出异常的异步任务。
• FutureTask是一个类，用于包装Callable任务，提供执行、取消、结果获取和异常处理的功能。
• 通过结合使用Callable和FutureTask，开发者可以在Java中方便地实现异步编程模式，提高程序的并发性和响应性。

十八、什么是Java内存模型（JMM）？

Java内存模型（Java Memory Model, JMM）是Java虚拟机（JVM）的一个核心概念，它定义了Java程序中各种变量（线程共享变量）的访问规则，以及在并发环境下，为了确保数据的可见性、有序性和原子性，线程之间如何同步和通信。JMM是Java并发编程的基石，它解决了不同线程间对共享数据的一致性问题。

主要组成部分

1. 主内存（Main Memory）：JMM中的主内存是所有线程共享的内存区域，用于存储所有线程可访问的变量。当一个线程需要读取或修改共享变量时，它必须首先从主内存中读取该变量到自己的工作内存中，然后在工作内存中进行操作，最后再将结果写回主内存。

2. 工作内存（Working Memory）：每个线程都有自己的工作内存，用于存储该线程使用的变量的副本。线程对变量的所有操作（读取、写入）首先在工作内存中进行，然后再同步回主内存。

核心原则

1. 原子性：原子性是指一个操作或者一系列操作在执行过程中不会被任何其他操作中断，要么全部执行，要么全部不执行。Java内存模型规定了哪些操作是原子的，哪些不是。

2. 可见性：可见性是指当一个线程修改了共享变量的值，其他线程能够立即看到这个改变。JMM通过synchronized、volatile等关键字来保证可见性。

3. 有序性：在单线程环境中，代码的执行顺序是按照编写的顺序进行的。但在多线程环境中，由于编译器优化和处理器乱序执行，指令可能会被重排序。JMM定义了happens-before原则来保证多线程环境下的代码执行顺序。

同步机制

1. synchronized：通过synchronized关键字可以确保同一时刻只有一个线程可以执行特定代码段，从而保证原子性和可见性。

2. volatile：使用volatile关键字声明的变量，每次读取时都会从主内存中获取最新值，每次写入时都会立即同步回主内存，从而保证可见性。

3. final：被声明为final的字段一旦被初始化赋值后，就不可更改，其他线程可以安全地访问这个字段，不需要额外的同步措施。

4. 锁：Java并发包（java.util.concurrent）提供了多种锁机制，如ReentrantLock，它们提供了比synchronized更灵活的锁操作。

内存屏障（Memory Barrier）

内存屏障是一种同步机制，用于确保指令的执行顺序。它能够禁止特定类型的处理器重排序，从而保证在屏障之前的所有操作完成后，才能执行屏障之后的操作。

总结

Java内存模型是理解Java并发编程的关键，它定义了多线程程序中共享变量的访问规则和线程之间的通信协议。通过JMM，Java确保了在多线程环境中，不同线程对共享数据的一致性和正确性。正确理解和使用JMM中的概念，可以帮助开发者编写出正确、高效且易于维护的并发程序。