面试题：Java虚拟机在多核环境下的线程调度与资源分配

Java虚拟机在多核处理器环境下线程调度的机制和策略

机制
- 抢占式调度：Java虚拟机采用抢占式调度模型。在这种模型下，每个线程都有一个优先级，系统会根据线程的优先级来决定哪个线程可以获得CPU时间片。高优先级的线程有更大的机会抢占CPU资源，优先执行。例如，在一个应用中，处理关键业务逻辑的线程可以设置为较高优先级，以保证其及时执行。
- 时间片轮转：当多个线程具有相同优先级时，Java虚拟机采用时间片轮转的方式来调度线程。每个线程会被分配一个固定的时间片（通常是几十毫秒），当时间片用完后，线程会被暂停，CPU资源会分配给下一个同优先级的线程。
策略
- 优先级策略：Java线程的优先级范围是1（最低）到10（最高），默认优先级为5。高优先级线程在竞争资源时更具优势，但需要注意的是，优先级只是一个建议，不同操作系统对线程优先级的实现可能有所不同。例如，在一些操作系统中，高优先级线程可能会一直占用CPU，导致低优先级线程长时间得不到执行，这种情况称为“饥饿”。
- 公平性策略：Java虚拟机并没有强制的公平调度策略。在默认情况下，线程调度并不保证公平性，即先进入可运行状态的线程不一定先获得CPU资源。不过，一些锁机制（如ReentrantLock）可以通过设置公平参数来实现公平竞争，优先将锁分配给等待时间最长的线程。

多个线程竞争有限资源时的资源分配

锁机制
- 内置锁（synchronized）：当多个线程访问共享资源时，可以使用synchronized关键字来同步代码块或方法。当一个线程进入synchronized修饰的代码块或方法时，它会获取对象的内置锁。其他线程如果想要访问相同的资源，必须等待该线程释放锁。例如：

public class Resource {
    private int value;
    public synchronized void increment() {
        value++;
    }
}

显式锁（ReentrantLock）：java.util.concurrent.locks.ReentrantLock提供了比内置锁更灵活的锁控制。它可以实现公平锁和非公平锁，并且可以在获取锁失败时进行更复杂的处理，如中断等待。例如：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Resource {
    private int value;
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    public void increment() {
        lock.lock();
        try {
            value++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

信号量（Semaphore）：Semaphore可以控制同时访问某个资源的线程数量。它维护了一组许可证，线程在访问资源前需要获取许可证，访问完成后释放许可证。例如，假设一个资源最多只能同时被3个线程访问：

import java.util.concurrent.Semaphore;
public class Resource {
    private Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
    public void accessResource() {
        try {
            semaphore.acquire();
            // 访问资源的代码
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            semaphore.release();
        }
    }
}

通过调优Java虚拟机参数优化多核环境下的线程执行效率

调整堆内存参数
- -Xms和-Xmx：-Xms设置Java堆的初始大小，-Xmx设置Java堆的最大大小。合理设置这两个参数可以避免频繁的垃圾回收和堆内存扩展带来的性能开销。例如，如果应用程序在启动时需要占用大量内存，可以将-Xms设置为与-Xmx相同的值，以减少堆内存扩展的次数。例如：java -Xms2g -Xmx2g YourMainClass
垃圾回收器相关参数
- 选择合适的垃圾回收器：
  - Parallel GC（-XX:+UseParallelGC）：适用于多核处理器，通过并行回收来提高垃圾回收效率，适用于吞吐量优先的应用程序。例如：java -XX:+UseParallelGC YourMainClass
  - CMS（Concurrent Mark - Sweep，-XX:+UseConcMarkSweepGC）：主要关注低停顿时间，在垃圾回收过程中尽量减少对应用程序线程的影响，适用于对响应时间敏感的应用程序。例如：java -XX:+UseConcMarkSweepGC YourMainClass
  - G1（Garbage - First，-XX:+UseG1GC）：适用于大堆内存，能自动平衡停顿时间和吞吐量，是Java 9及以后版本的默认垃圾回收器。例如：java -XX:+UseG1GC YourMainClass
- 调整垃圾回收器的其他参数：
  - -XX:ParallelGCThreads：对于Parallel GC，可以通过这个参数设置并行垃圾回收线程的数量，一般建议设置为与CPU核心数相同。例如：java -XX:ParallelGCThreads=8 -XX:+UseParallelGC YourMainClass
  - -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction：对于CMS垃圾回收器，该参数用于设置开始并发垃圾回收的堆内存占用比例。合理设置这个比例可以避免CMS垃圾回收发生得过早或过晚，影响应用程序性能。例如：java -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70 -XX:+UseConcMarkSweepGC YourMainClass
线程相关参数
- -XX:CICompilerCount：这个参数用于设置编译线程的数量，在多核环境下，适当增加编译线程数量可以加快字节码的编译速度，提高应用程序的启动性能和运行效率。例如：java -XX:CICompilerCount=4 YourMainClass

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面试题：Java虚拟机在多核环境下的线程调度与资源分配

知识考点

面试题答案

Java虚拟机在多核处理器环境下线程调度的机制和策略

多个线程竞争有限资源时的资源分配

通过调优Java虚拟机参数优化多核环境下的线程执行效率