怎么理解分布式、高并发、多线程？（含面试题和答案解析）

看到分布式、高并发、多线程这三个词的时候，很多人是不是都认为分布式=高并发=多线程？
当面试官问到高并发系统可以采用哪些手段来解决，或者被问到分布式系统如何解决一致性的问题，是不是一脸懵逼？
确实，在一开始接触的时候，不少人都会分布式、高并发、多线程将三者混淆，误以为所谓的分布式高并发的系统就是能同时供海量用户访问，而采用多线程手段不就是可以提供系统的并发能力吗？实际上，他们三个总是相伴而生，但侧重点又有不同。

接下来我就看看分布式、高并发、多线程这三者之间到底有什么区别？

什么是分布式？

分布式更多的一个概念，是为了解决单个物理服务器容量和性能瓶颈问题而采用的优化手段。该领域需要解决的问题极多，在不同的技术层面上，又包括：分布式文件系统、分布式缓存、分布式数据库、分布式计算等，一些名词如Hadoop、zookeeper、MQ等都跟分布式有关。从理念上讲，分布式的实现有两种形式：
水平扩展：当一台机器扛不住流量时，就通过添加机器的方式，将流量平分到所有服务器上，所有机器都可以提供相当的服务；
垂直拆分：前端有多种查询需求时，一台机器扛不住，可以将不同的需求分发到不同的机器上，比如A机器处理余票查询的请求，B机器处理支付的请求。

什么是高并发？

相对于分布式来讲，高并发在解决的问题上会集中一些，其反应的是同时有多少量：比如在线直播服务，同时有上万人观看。
高并发可以通过分布式技术去解决，将并发流量分到不同的物理服务器上。但除此之外，还可以有很多其他优化手段：比如使用缓存系统，将所有的，静态内容放到CDN等；还可以使用多线程技术将一台服务器的服务能力最大化。

什么是多线程？

多线程是指从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术，它更多的是解决CPU调度多个进程的问题，从而让这些进程看上去是同时执行（实际是交替运行的）。
这几个概念中，多线程解决的问题是最明确的，手段也是比较单一的，基本上遇到的最大问题就是线程安全。在JAVA语言中，需要对JVM内存模型、指令重排等深入了解，才能写出一份高质量的多线程代码。

总结一下：
分布式是从物理资源的角度去将不同的机器组成一个整体对外服务，技术范围非常广且难度非常大，有了这个基础，高并发、高吞吐等系统很容易构建；
高并发是从业务角度去描述系统的能力，实现高并发的手段可以采用分布式，也可以采用诸如缓存、CDN等，当然也包括多线程；
多线程则聚焦于如何使用编程语言将CPU调度能力最大化。

下面给大家分享一些面试官常问的分布式、高并发、多线程的面试题
1、分布式系统怎么做服务治理
针对互联网业务的特点，eg 突发的流量高峰、网络延时、机房故障等，重点针对大规模跨机房的海量服务进行运行态治理，保障线上服务的高SLA，满足用户的体验，常用的策略包括限流降级、服务嵌入迁出、服务动态路由和灰度发布等
2、对分布式事务的理解
本质上来说，分布式事务就是为了保证不同数据库的数据一致性。
事务的ACID特性 原子性 一致性 隔离性 持久性
消息事务+最终一致性
CC提供了一个编程框架，将整个业务逻辑分为三块：Try、Confirm和Cancel三个操作。以在线下单为例，Try阶段会去扣库存，Confirm阶段则是去更新订单状态，如果更新订单失败，则进入Cancel阶段，会去恢复库存。总之，TCC就是通过代码人为实现了两阶段提交，不同的业务场景所写的代码都不一样，复杂度也不一样，因此，这种模式并不能很好地被复用。
3、如何实现负载均衡，有哪些算法可以实现？
经常会用到以下四种算法：随机（random）、轮训（round-robin）、一致哈希（consistent-hash）和主备（master-slave）。
4、分布式集群下如何做到唯一序列号
Redis生成ID 这主要依赖于Redis是单线程的，所以也可以用生成全局唯一的ID。可以用Redis的原子操作 INCR和INCRBY来实现。
5. 什么是进程
进程是指运行中的应用程序，每个进程都有自己独立的地址空间（内存空间）。
比如用户点击桌面的IE浏览器，就启动了一个进程，操作系统就会为该进程分配独立的地址空间。当用户再次点击左边的IE浏览器，又启动了一个进程，操作系统将为新的进程分配新的独立的地址空间。目前操作系统都支持多进程。
6. 什么是线程
进程是表示自愿分配的基本单位。而线程则是进程中执行运算的最小单位，即执行处理机调度的基本单位。通俗来讲：一个程序有一个进程，而一个进程可以有多个线程。
7. 线程和进程有什么区别
线程是进程的子集，一个进程可以有很多线程，每条线程并行执行不同的任务。不同的进程使用不同的内存空间，而所有的线程共享一片相同的内存空间。
8. 多线程的几种实现方式
(1) 继承Thread类创建线程
Thread类本质上是实现了Runnable接口的一个实例，代表一个线程的实例。启动线程的唯一方法就是通过Thread类的start()实例方法。start()方法将启动一个新线程，并执行run（）方法。这种方式实现多线程比较简单，通过自己的类直接继承Thread，并重写run（）方法，就可以启动新线程并执行自己定义的run()方法。
(2) 实现Runnable接口创建线程
如果自己的类已经继承了两一个类，就无法再继承Thread，因此可以实现一个Runnable接口
(3) 实现Callable接口通过FutureTask包装器来创建Thread线程
(4) 使用ExecutorService、Callable、Future实现有返回结果的线程
ExecutorService、Callable、Future三个接口实际上都是属于Executor框架。返回结果的线程是在JDK1.5中引入的新特征，有了这种特征就不需要再为了得到返回值而大费周折了。
可返回值的任务必须实现Callable接口；无返回值的任务必须实现Runnabel接口。
执行Callable任务后，可以获取一个Future对象，在该对象上调用get()方法就可以获取到Callable任务返回的Object了。（get()方法是阻塞的，线程无返回结果，该方法就一直等待）
9. 多线程中忙循环是什么
忙循环就是程序员用循环让一个线程等待，不像传统方法wait()、sleep()或者yied()它们都放弃了CPU控制，而忙循环不会放弃CPU，它就是在运行一个空循环。这么做的目的是为了保留CPU缓存，在多核系统中，一个等待线程醒来的时候可能会在另一个内核运行，这样会重建缓存。为了避免重建缓存和减少等待重建的时间就可以使用它了。
10. 什么是java内存模型
java内存模型定义了java虚拟机在计算机内存中的工作方式。JMM决定了一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见。从抽象的角度来看，JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存中，每一个线程都有一个私有的本地内存，本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。
11. 为什么要用线程池？
线程池提供了一种限制和管理资源（包括执行一个任务）。 每个线程池还维护一些基本统计信息，例如已完成任务的数量。
这里借用《Java并发编程的艺术》提到的来说一下使用线程池的好处：
降低资源消耗。 通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
提高响应速度。 当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
提高线程的可管理性。 线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。
12、什么是乐观锁和悲观锁
1）乐观锁：就像它的名字一样，对于并发间操作产生的线程安全问题持乐观状态，乐观锁认为竞争不总是会发生，因此它不需要持有锁，将比较-替换这两个动作作为一个原子操作尝试去修改内存中的变量，如果失败则表示发生冲突，那么就应该有相应的重试逻辑。
2）悲观锁：还是像它的名字一样，对于并发间操作产生的线程安全问题持悲观状态，悲观锁认为竞争总是会发生，因此每次对某资源进行操作时，都会持有一个独占的锁，就像synchronized，不管三七二十一，直接上了锁就操作资源了。
13、高并发、任务执行时间短的业务怎样使用线程池？并发不高、任务执行时间长的业务怎样使用线程池？并发高、业务执行时间长的业务怎样使用线程池？
1）高并发、任务执行时间短的业务，线程池线程数可以设置为CPU核数+1，减少线程上下文的切换
2）并发不高、任务执行时间长的业务要区分开看：
a）假如是业务时间长集中在IO操作上，也就是IO密集型的任务，因为IO操作并不占用CPU，所以不要让所有的CPU闲下来，可以加大线程池中的线程数目，让CPU处理更多的业务
b）假如是业务时间长集中在计算操作上，也就是计算密集型任务，这个就没办法了，和（1）一样吧，线程池中的线程数设置得少一些，减少线程上下文的切换
c）并发高、业务执行时间长，解决这种类型任务的关键不在于线程池而在于整体架构的设计，看看这些业务里面某些数据是否能做缓存是第一步，增加服务器是第二步，至于线程池的设置，设置参考其他有关线程池的文章。最后，业务执行时间长的问题，也可能需要分析一下，看看能不能使用中间件对任务进行拆分和解耦。

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