淘宝面试题：如何充分利用多核CPU，计算很大的List中所有整数的和

Posted on feb. 2 2014

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该帖已经被评为良好帖 作者正文 * 飞雪无情

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发表时间：2010-07-12 最后修改：2010-07-14

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java并发编程-Executor框架
更好的把握线程<一>:Thread (线程)介绍
Fork/Join点点滴滴之一CyclicAction 推荐圈子: lucene爱好者更多相关推荐 永久链接：http://flysnow.javaeye.com/blog/711162 引用

前几天在网上看到一个淘宝的面试题：有一个很大的整数list，需要求这个list中所有整数的和，写一个可以充分利用多核CPU的代码，来计算结果。 一：分析题目 从题中可以看到“很大的List”以及“充分利用多核CPU”，这就已经充分告诉我们要采用多线程(任务)进行编写。具体怎么做呢？大概的思路就是分割List，每一小块的List采用一个线程(任务)进行计算其和，最后等待所有的线程(任务)都执行完后就可得到这个“很大的List”中所有整数的和。 二：具体分析和技术方案 既然我们已经决定采用多线程(任务)，并且还要分割List，每一小块的List采用一个线程(任务)进行计算其和，那么我们必须要等待所有的线程(任务)完成之后才能得到正确的结果，那么怎么才能保证“等待所有的线程(任务)完成之后输出结果呢”？这就要靠java.util.concurrent包中的CyclicBarrier类了。它是一个同步辅助类，它允许一组线程(任务)互相等待，直到到达某个公共屏障点 (common barrier point)。在涉及一组固定大小的线程(任务)的程序中，这些线程(任务)必须不时地互相等待，此时 CyclicBarrier 很有用。简单的概括其适应场景就是：当一组线程(任务)并发的执行一件工作的时候，必须等待所有的线程(任务)都完成时才能进行下一个步骤。具体技术方案步骤如下：

分割List，根据采用的线程(任务)数平均分配，即list.size()/threadCounts。
定义一个记录“很大List”中所有整数和的变量sum，采用一个线程(任务)处理一个分割后的子List，计算子List中所有整数和(subSum)，然后把和(subSum)累加到sum上。
等待所有线程(任务)完成后输出总和(sum)的值。示意图如下： 三：详细编码实现 代码中有很详细的注释，这里就不解释了。 /// / 计算List中所有整数的和
/ 采用多线程，分割List计算 / @author 飞雪无情 / @since 2010-7-12 // public class CountListIntegerSum { private long sum;//存放整数的和 private CyclicBarrier barrier;//障栅集合点(同步器) private List list;//整数集合List private int threadCounts;//使用的线程数 public CountListIntegerSum(List list,int threadCounts) { this.list=list; this.threadCounts=threadCounts; } /// / 获取List中所有整数的和 / @return // public long getIntegerSum(){ ExecutorService exec=Executors.newFixedThreadPool(threadCounts); int len=list.size()/threadCounts;//平均分割List //List中的数量没有线程数多（很少存在） if(len==0){ threadCounts=list.size();//采用一个线程处理List中的一个元素 len=list.size()/threadCounts;//重新平均分割List } barrier=new CyclicBarrier(threadCounts+1); for(int i=0;ilist.size()?list.size():len/(i+1)))); } } try { barrier.await();//关键，使该线程在障栅处等待，直到所有的线程都到达障栅处 } catch (InterruptedException e) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":Interrupted"); } catch (BrokenBarrierException e) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":BrokenBarrier"); } exec.shutdown(); return sum; } /// / 分割计算List整数和的线程任务 / @author lishuai / // public class SubIntegerSumTask implements Runnable{ private List subList; public SubIntegerSumTask(List subList) { this.subList=subList; } public void run() { long subSum=0L; for (Integer i : subList) { subSum += i; } synchronized(CountListIntegerSum.this){//在CountListIntegerSum对象上同步 sum+=subSum; } try { barrier.await();//关键，使该线程在障栅处等待，直到所有的线程都到达障栅处 } catch (InterruptedException e) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":Interrupted"); } catch (BrokenBarrierException e) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":BrokenBarrier"); } System.out.println("分配给线程："+Thread.currentThread().getName()+"那一部分List的整数和为：\tSubSum:"+subSum); } } } 有人可能对barrier=new CyclicBarrier(threadCounts+1);//创建的线程数和主线程main有点不解，不是采用的线程(任务)数是threadCounts个吗？怎么为CyclicBarrier设置的给定数量的线程参与者比我们要采用的线程数多一个呢？答案就是这个多出来的一个用于控制main主线程的，主线程也要等待，它要等待其他所有的线程完成才能输出sum值，这样才能保证sum值的正确性，如果main不等待的话，那么结果将是不可预料的。 /// / 计算List中所有整数的和测试类 / @author 飞雪无情 / @since 2010-7-12 // public class CountListIntegerSumMain { /// / @param args // public static void main(String[] args) { List list = new ArrayList(); int threadCounts = 10;//采用的线程数 //生成的List数据 for (int i = 1; i <= 1000000; i++) { list.add(i); } CountListIntegerSum countListIntegerSum=new CountListIntegerSum(list,threadCounts); long sum=countListIntegerSum.getIntegerSum(); System.out.println("List中所有整数的和为:"+sum); } } 四：总结 本文主要通过一个淘宝的面试题为引子，介绍了并发的一点小知识，主要是介绍通过CyclicBarrier同步辅助器辅助多个并发任务共同完成一件工作。Java SE5的java.util.concurrent引入了大量的设计来解决并发问题，使用它们有助于我们编写更加简单而健壮的并发程序。 附mathfox提到的ExecutorService.invokeAll()方法的实现 这个不用自己控制等待，invokeAll执行给定的任务，当所有任务完成时，返回保持任务状态和结果的 Future 列表。sdh5724也说用了同步，性能不好。这个去掉了同步，根据返回结果的 Future 列表相加就得到总和了。/// / 使用ExecutorService的invokeAll方法计算 / @author 飞雪无情 / // public class CountSumWithCallable { /// / @param args / @throws InterruptedException / @throws ExecutionException // public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { int threadCounts =19;//使用的线程数 long sum=0; ExecutorService exec=Executors.newFixedThreadPool(threadCounts); List> callList=new ArrayList>(); //生成很大的List List list = new ArrayList(); for (int i = 0; i <= 1000000; i++) { list.add(i); } int len=list.size()/threadCounts;//平均分割List //List中的数量没有线程数多（很少存在） if(len==0){ threadCounts=list.size();//采用一个线程处理List中的一个元素 len=list.size()/threadCounts;//重新平均分割List } for(int i=0;i subList; if(i==threadCounts-1){ subList=list.subList(i/len,list.size()); }else{ subList=list.subList(i/len, len/(i+1)>list.size()?list.size():len/(i+1)); } //采用匿名内部类实现 callList.add(new Callable(){ public Long call() throws Exception { long subSum=0L; for(Integer i:subList){ subSum+=i; } System.out.println("分配给线程："+Thread.currentThread().getName()+"那一部分List的整数和为：\tSubSum:"+subSum); return subSum; } }); } List> futureList=exec.invokeAll(callList); for(Future future:futureList){ sum+=future.get(); } exec.shutdown(); System.out.println(sum); } } 一些感言 这篇文章是昨天夜里11点多写好的，我当时是在网上看到了这个题目，就做了一下分析，写了实现代码，由于水平有限，难免有bug，这里感谢xifo等人的指正。这些帖子从发表到现在不到24小时的时间里创造了近9000的浏览次数，回复近100，这是我没有想到的，javaeye很久没这么疯狂过啦。这不是因为我的算法多好，而是因为这个题目、这篇帖子所体现出的意义。大家在看完这篇帖子后不光指正错误，还对方案进行了改进，关键是思考，人的思维是无穷的，只要我们善于发掘，善于思考，总能想出一些意想不到的方案。从算法看，或者从题目场景对比代码实现来看，或许不是一篇很好的帖子，但是我说这篇帖子是很有意义的，方案也是在很多场景适用，有时我们可以假设这不是计算和，而是把数据写到一个个的小文件里，或者是分割进行网络传输等等，都有一定的启发，特别是回帖中的讨论。单说一下回帖，我建议进来的人尽量看完所有的回帖，因为这里是很多人集思广益的精华，这里有他们分析问题，解决问题的思路，还有每个人提到的解决方案，想想为什么能用?为什么不能用?为什么好?为什么不好? *我一直相信：讨论是解决问题、提高水平的最佳方式！
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返回顶楼 * coffeefeel
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发表时间：2010-07-13

飞雪无情写道

synchronized(CountListIntegerSum.this){//在CountListIntegerSum对象上同步 sum+=subSum; } 实际效果还是顺序累加的？返回顶楼回帖地址

0 0 请登录后投票 * 飞雪无情

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发表时间：2010-07-13

coffeefeel 写道

飞雪无情写道

synchronized(CountListIntegerSum.this){//在CountListIntegerSum对象上同步 sum+=subSum; } 实际效果还是顺序累加的？这个List不管分多少段，最终总要合并到一起。因为这个累加是每个线程(任务)执行的，所以累加不是顺序的，哪个线程（任务）先完成计算分割List部分的和，哪个线程（任务）就先进行累加。返回顶楼回帖地址

0 0 请登录后投票 * p2bl

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发表时间：2010-07-13

有点一个jvm里的mapreduce的意思返回顶楼回帖地址

1 0 请登录后投票 * 飞雪无情

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来自: 河南
发表时间：2010-07-13

p2bl 写道

有点一个jvm里的mapreduce的意思呵呵。。这个和那个差的远，即使有点那么个意思也是冰山一角。呵呵。返回顶楼回帖地址

0 0 请登录后投票 * hrsvici412

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发表时间：2010-07-13

学到好多线程的东西，请问你的分析的图，是用什么工具画的！返回顶楼回帖地址

0 0 请登录后投票 * mathfox

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来自: 北京
发表时间：2010-07-13

引用

本文主要通过一个淘宝的面试题为引子，介绍了并发的一点小知识，主要是介绍通过CyclicBarrier同步辅助器辅助多个并发任务共同完成一件工作。Java SE5的java.util.concurrent引入了大量的设计来解决并发问题，使用它们有助于我们编写更加简单而健壮的并发程序。不用这么麻烦吧用ExecutorService.invokeAll就行了吧。返回顶楼回帖地址

1 0 请登录后投票 * numen_wlm

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来自: 上海
发表时间：2010-07-13

有时间研究下CyclicBarrier里面是怎么处理的。返回顶楼回帖地址

0 0 请登录后投票 * xifo

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来自: 安徽
发表时间：2010-07-13 最后修改：2010-07-13

思路是对的，可惜算法有问题，大多数情况下计算结果不正确。不信的话，试试把这一行 for (int i = 1; i <= 1000000; i++) 换成 for (int i = 0; i <= 1000000; i++) 如果计算正确，两个计算结果应该一样，实际上计算结果会少一百万，原因是分割那里没有考虑尾数。返回顶楼回帖地址

1 0 请登录后投票 * 飞雪无情

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来自: 河南
发表时间：2010-07-13

hrsvici412 写道

学到好多线程的东西，请问你的分析的图，是用什么工具画的！用的是Edraw 返回顶楼回帖地址

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