怎么理解分布式、高并發、多線程？（含面試題和答案解析）

看到分布式、高并發、多線程這三個詞的時候，很多人是不是都認為分布式=高并發=多線程？
當面試官問到高并發系統可以采用哪些手段來解決，或者被問到分布式系統如何解決一致性的問題，是不是一臉懵逼？
確實，在一開始接觸的時候，不少人都會分布式、高并發、多線程將三者混淆，誤以為所謂的分布式高并發的系統就是能同時供海量用戶訪問，而采用多線程手段不就是可以提供系統的并發能力嗎？實際上，他們三個總是相伴而生，但側重點又有不同。

接下來我就看看分布式、高并發、多線程這三者之間到底有什么區別？

什么是分布式？

分布式更多的一個概念，是為了解決單個物理服務器容量和性能瓶頸問題而采用的優化手段。該領域需要解決的問題極多，在不同的技術層面上，又包括：分布式文件系統、分布式緩存、分布式數據庫、分布式計算等，一些名詞如Hadoop、zookeeper、MQ等都跟分布式有關。從理念上講，分布式的實現有兩種形式：
水平擴展：當一臺機器扛不住流量時，就通過添加機器的方式，將流量平分到所有服務器上，所有機器都可以提供相當的服務；
垂直拆分：前端有多種查詢需求時，一臺機器扛不住，可以將不同的需求分發到不同的機器上，比如A機器處理余票查詢的請求，B機器處理支付的請求。

什么是高并發？

相對于分布式來講，高并發在解決的問題上會集中一些，其反應的是同時有多少量：比如在線直播服務，同時有上萬人觀看。
高并發可以通過分布式技術去解決，將并發流量分到不同的物理服務器上。但除此之外，還可以有很多其他優化手段：比如使用緩存系統，將所有的，靜態內容放到CDN等；還可以使用多線程技術將一臺服務器的服務能力最大化。

什么是多線程？

多線程是指從軟件或者硬件上實現多個線程并發執行的技術，它更多的是解決CPU調度多個進程的問題，從而讓這些進程看上去是同時執行（實際是交替運行的）。
這幾個概念中，多線程解決的問題是最明確的，手段也是比較單一的，基本上遇到的最大問題就是線程安全。在JAVA語言中，需要對JVM內存模型、指令重排等深入了解，才能寫出一份高質量的多線程代碼。

總結一下：
分布式是從物理資源的角度去將不同的機器組成一個整體對外服務，技術范圍非常廣且難度非常大，有了這個基礎，高并發、高吞吐等系統很容易構建；
高并發是從業務角度去描述系統的能力，實現高并發的手段可以采用分布式，也可以采用諸如緩存、CDN等，當然也包括多線程；
多線程則聚焦于如何使用編程語言將CPU調度能力最大化。

下面給大家分享一些面試官常問的分布式、高并發、多線程的面試題
1、分布式系統怎么做服務治理
針對互聯網業務的特點，eg 突發的流量高峰、網絡延時、機房故障等，重點針對大規模跨機房的海量服務進行運行態治理，保障線上服務的高SLA，滿足用戶的體驗，常用的策略包括限流降級、服務嵌入遷出、服務動態路由和灰度發布等
2、對分布式事務的理解
本質上來說，分布式事務就是為了保證不同數據庫的數據一致性。
事務的ACID特性 原子性 一致性 隔離性 持久性
消息事務+最終一致性
CC提供了一個編程框架，將整個業務邏輯分為三塊：Try、Confirm和Cancel三個操作。以在線下單為例，Try階段會去扣庫存，Confirm階段則是去更新訂單狀態，如果更新訂單失敗，則進入Cancel階段，會去恢復庫存。總之，TCC就是通過代碼人為實現了兩階段提交，不同的業務場景所寫的代碼都不一樣，復雜度也不一樣，因此，這種模式并不能很好地被復用。
3、如何實現負載均衡，有哪些算法可以實現？
經常會用到以下四種算法：隨機（random）、輪訓（round-robin）、一致哈希（consistent-hash）和主備（master-slave）。
4、分布式集群下如何做到唯一序列號
Redis生成ID 這主要依賴于Redis是單線程的，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來實現。
5. 什么是進程
進程是指運行中的應用程序，每個進程都有自己獨立的地址空間（內存空間）。
比如用戶點擊桌面的IE瀏覽器，就啟動了一個進程，操作系統就會為該進程分配獨立的地址空間。當用戶再次點擊左邊的IE瀏覽器，又啟動了一個進程，操作系統將為新的進程分配新的獨立的地址空間。目前操作系統都支持多進程。
6. 什么是線程
進程是表示自愿分配的基本單位。而線程則是進程中執行運算的最小單位，即執行處理機調度的基本單位。通俗來講：一個程序有一個進程，而一個進程可以有多個線程。
7. 線程和進程有什么區別
線程是進程的子集，一個進程可以有很多線程，每條線程并行執行不同的任務。不同的進程使用不同的內存空間，而所有的線程共享一片相同的內存空間。
8. 多線程的幾種實現方式
(1) 繼承Thread類創建線程
Thread類本質上是實現了Runnable接口的一個實例，代表一個線程的實例。啟動線程的唯一方法就是通過Thread類的start()實例方法。start()方法將啟動一個新線程，并執行run（）方法。這種方式實現多線程比較簡單，通過自己的類直接繼承Thread，并重寫run（）方法，就可以啟動新線程并執行自己定義的run()方法。
(2) 實現Runnable接口創建線程
如果自己的類已經繼承了兩一個類，就無法再繼承Thread，因此可以實現一個Runnable接口
(3) 實現Callable接口通過FutureTask包裝器來創建Thread線程
(4) 使用ExecutorService、Callable、Future實現有返回結果的線程
ExecutorService、Callable、Future三個接口實際上都是屬于Executor框架。返回結果的線程是在JDK1.5中引入的新特征，有了這種特征就不需要再為了得到返回值而大費周折了。
可返回值的任務必須實現Callable接口；無返回值的任務必須實現Runnabel接口。
執行Callable任務后，可以獲取一個Future對象，在該對象上調用get()方法就可以獲取到Callable任務返回的Object了。（get()方法是阻塞的，線程無返回結果，該方法就一直等待）
9. 多線程中忙循環是什么
忙循環就是程序員用循環讓一個線程等待，不像傳統方法wait()、sleep()或者yied()它們都放棄了CPU控制，而忙循環不會放棄CPU，它就是在運行一個空循環。這么做的目的是為了保留CPU緩存，在多核系統中，一個等待線程醒來的時候可能會在另一個內核運行，這樣會重建緩存。為了避免重建緩存和減少等待重建的時間就可以使用它了。
10. 什么是java內存模型
java內存模型定義了java虛擬機在計算機內存中的工作方式。JMM決定了一個線程對共享變量的寫入何時對另一個線程可見。從抽象的角度來看，JMM定義了線程和主內存之間的抽象關系：線程之間的共享變量存儲在主內存中，每一個線程都有一個私有的本地內存，本地內存中存儲了該線程以讀/寫共享變量的副本。
11. 為什么要用線程池？
線程池提供了一種限制和管理資源（包括執行一個任務）。 每個線程池還維護一些基本統計信息，例如已完成任務的數量。
這里借用《Java并發編程的藝術》提到的來說一下使用線程池的好處：
降低資源消耗。 通過重復利用已創建的線程降低線程創建和銷毀造成的消耗。
提高響應速度。 當任務到達時，任務可以不需要的等到線程創建就能立即執行。
提高線程的可管理性。 線程是稀缺資源，如果無限制的創建，不僅會消耗系統資源，還會降低系統的穩定性，使用線程池可以進行統一的分配，調優和監控。
12、什么是樂觀鎖和悲觀鎖
1）樂觀鎖：就像它的名字一樣，對于并發間操作產生的線程安全問題持樂觀狀態，樂觀鎖認為競爭不總是會發生，因此它不需要持有鎖，將比較-替換這兩個動作作為一個原子操作嘗試去修改內存中的變量，如果失敗則表示發生沖突，那么就應該有相應的重試邏輯。
2）悲觀鎖：還是像它的名字一樣，對于并發間操作產生的線程安全問題持悲觀狀態，悲觀鎖認為競爭總是會發生，因此每次對某資源進行操作時，都會持有一個獨占的鎖，就像synchronized，不管三七二十一，直接上了鎖就操作資源了。
13、高并發、任務執行時間短的業務怎樣使用線程池？并發不高、任務執行時間長的業務怎樣使用線程池？并發高、業務執行時間長的業務怎樣使用線程池？
1）高并發、任務執行時間短的業務，線程池線程數可以設置為CPU核數+1，減少線程上下文的切換
2）并發不高、任務執行時間長的業務要區分開看：
a）假如是業務時間長集中在IO操作上，也就是IO密集型的任務，因為IO操作并不占用CPU，所以不要讓所有的CPU閑下來，可以加大線程池中的線程數目，讓CPU處理更多的業務
b）假如是業務時間長集中在計算操作上，也就是計算密集型任務，這個就沒辦法了，和（1）一樣吧，線程池中的線程數設置得少一些，減少線程上下文的切換
c）并發高、業務執行時間長，解決這種類型任務的關鍵不在于線程池而在于整體架構的設計，看看這些業務里面某些數據是否能做緩存是第一步，增加服務器是第二步，至于線程池的設置，設置參考其他有關線程池的文章。最后，業務執行時間長的問題，也可能需要分析一下，看看能不能使用中間件對任務進行拆分和解耦。

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