面试题答案
一键面试减少锁争用
- 锁粒度优化
- 策略：将大粒度的锁分解为多个小粒度的锁。例如，在一个管理多个资源的程序中，如果使用一个全局锁来保护所有资源，会导致大量线程等待。可以为每个资源分配一个单独的锁，这样不同线程可以同时访问不同资源，减少锁争用。
- 实际案例：假设有一个多线程的数据库缓存系统，缓存中有多种类型的数据（如用户信息、订单信息等）。最初使用一个全局锁保护整个缓存，当一个线程读取用户信息，另一个线程想读取订单信息时，也会因为全局锁而等待。优化后，为每种类型的数据分配单独的锁，这样两个线程可以并行读取不同类型的数据，提升了性能。
- 锁的持有时间优化
- 策略：尽量减少线程持有锁的时间。在获取锁后，只执行必要的临界区操作，避免在持有锁时进行耗时的计算或I/O操作。
- 实际案例：在一个多线程文件写入程序中，假设每个线程要对文件进行写入操作，同时还需要对写入的数据进行复杂的加密计算。如果在持有文件锁时进行加密计算，会使其他线程等待很长时间。优化方法是在获取锁前完成加密计算，获取锁后只进行快速的文件写入操作，从而减少锁的持有时间，提高整体性能。
使用无锁数据结构
- 无锁队列
- 策略：使用无锁队列可以避免锁带来的开销，特别适用于生产者 - 消费者模型。无锁队列通常基于原子操作和链表结构实现，生产者和消费者线程可以同时操作队列而无需锁。
- 实际案例：在一个网络服务器程序中，有多个线程负责接收网络数据（生产者），并将数据放入队列，另外有线程负责处理这些数据（消费者）。使用无锁队列，接收线程可以快速地将数据入队，处理线程可以快速地将数据出队，避免了传统锁带来的性能瓶颈，大大提高了服务器处理网络数据的效率。
- 无锁哈希表
- 策略：无锁哈希表通过使用原子操作来管理哈希表的插入、查找和删除操作，减少了锁争用。它可以允许多个线程同时对哈希表进行操作。
- 实际案例：在一个分布式缓存系统中，多个节点可能同时访问和更新缓存中的数据（以哈希表形式存储）。使用无锁哈希表，不同节点的线程可以并行地进行数据的读写操作，提高了缓存系统的并发性能。
合理分配线程任务
- 任务分解
- 策略：将大的任务分解为多个小的子任务，然后根据线程数量和任务特性合理分配给不同线程。例如，在一个图像渲染程序中，可以将图像按区域划分，每个线程负责渲染一个区域。
- 实际案例：在渲染一个大型3D场景时，将场景按空间区域划分成多个小块，每个线程负责渲染一个小块。这样可以充分利用多核CPU的性能，提高渲染速度。
- 负载均衡
- 策略：确保每个线程的工作量大致相同，避免某些线程过度繁忙，而其他线程闲置。可以采用动态负载均衡策略，如工作窃取算法，空闲线程从繁忙线程处窃取任务来执行。
- 实际案例：在一个并行计算矩阵乘法的程序中，最初按行分配任务给线程，但由于矩阵数据特性，某些行的计算量较大，导致线程执行时间差异大。采用动态负载均衡策略后，空闲线程可以从计算量大的线程处获取部分任务，使得整体计算时间大大缩短，提升了多线程程序的性能。