Java-多线程编程——基础篇及相关面试题

简介: Java-多线程编程——基础篇及相关面试题

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一、前言

   在计算机科学中,多线程是一种同时执行多个线程的技术。Java作为一种面向对象的编程语言,提供了丰富的多线程支持,使得开发者可以轻松地实现并发编程。


   本文将介绍进程与线程的基本概念,并通过Java中的Thread类和Runnable接口来演示如何创建和管理多线程。

二、进程与线程的基本概念

    进程是指在操作系统中运行的一个程序实例,它拥有自己的地址空间、文件句柄和其他系统资源。每个进程都是独立运行的,相互之间不会直接共享数据。
   线程是进程中的执行单元,一个进程可以包含多个线程。线程共享进程的地址空间和其他系统资源,可以直接访问进程中的数据。多个线程可以并发执行,使得程序能够更高效地利用系统资源。

三、为什么Java中引入多线程?

    Java中引入多线程的主要目的是为了提高程序的性能和响应能力。以下是一些使用多线程的主要原因:

3.1 并行处理

    多线程允许程序同时执行多个任务,可以在同一时间段内执行多个操作。这对于需要同时处理多个任务或在后台执行耗时操作时非常有用。

3.2 提高性能

    通过将任务分解为多个线程并行执行,可以充分利用多核处理器和多核服务器的计算能力,从而提高程序的处理速度和吞吐量。

3.3 提高响应能力

    使用多线程可以使程序具有更好的用户体验,例如在图形界面应用程序中,将耗时的操作放在后台线程中执行,可以避免界面卡顿,提供更快的响应。

3.4 资源共享

    多线程允许多个线程共享同一份资源,例如共享数据结构、文件、网络连接等。这样可以避免数据冗余和资源浪费,并且提高了程序的灵活性和效率。

3.5 异步编程

    多线程使得编写异步代码更加方便,可以在不阻塞主线程的情况下进行并发操作。这对于处理I/O操作、网络请求等场景特别有用,可以提高程序的效率和响应能力。

四、Java多线程-创建多线程的类和接口

    Java提供了两种主要的方式来创建多线程:通过继承Thread类或者实现Runnable接口。

4.1 Thread类

    Thread类是Java提供的一个用于创建和管理线程的类。通过继承Thread类,可以定义一个新的线程类,并重写其run方法来定义线程的执行逻辑。

public class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        // 线程的执行逻辑
    }
}

4.2 Runnable接口

    Runnable接口是一个函数式接口,定义了一个用于执行线程任务的run方法。通过实现Runnable接口,可以将线程任务与线程对象分离,提高代码的灵活性。

public class MyRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        // 线程的执行逻辑
    }
}

五、示例代码

    下面分别演示了使用Thread类和Runnable接口创建多线程的示例代码。

5.1 使用Thread类创建多线程

使用Thread类创建多线程的示例代码如下:

public class ThreadExample extends Thread {
    public void run() {
        System.out.println("Thread is running");
    }
    public static void main(String[] args) {
        ThreadExample thread = new ThreadExample();
        thread.start();
    }
}

使用Runnable接口创建多线程的示例代码如下:

public class RunnableExample implements Runnable {
    public void run() {
        System.out.println("Thread is running");
    }
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new RunnableExample());
        thread.start();
    }
}

六、二者比较

   Thread类与Runnable接口是Java中创建多线程的两种常见方式。下面是它们之间的比较:


继承关系:


Thread类是一个具体的类,它直接继承自Object类。

Runnable接口是一个函数式接口,可以被实现为lambda表达式或匿名类。

资源共享:


使用Thread类创建多线程时,如果需要多个线程之间共享数据,需要使用静态变量或通过继承来实现资源共享。

使用Runnable接口创建多线程时,可以将实现了Runnable接口的对象作为参数传递给Thread类的构造函数,多个线程可以共享同一个Runnable对象中的数据。

类型限制:


使用Thread类创建多线程时,由于继承关系的限制,一个类只能继承一个Thread类,因此无法再继承其他类。

使用Runnable接口创建多线程时,可以实现多个接口,因为Java支持多重接口继承。

灵活性:


使用Runnable接口创建多线程更加灵活,因为它不会消耗类的继承关系,可以方便地将Runnable对象传递给其他类进行处理。

使用Thread类创建多线程时,线程与类之间有较强的耦合性,不够灵活。

七、二维表对比区别

八、总结及面试题

   使用Thread类创建多线程时,需要继承Thread类并重写run()方法,然后调用start()方法启动线程。


   使用Runnable接口创建多线程时,需要实现Runnable接口并重写run()方法,然后将实现了Runnable接口的对象传递给Thread类的构造函数,再调用start()方法启动线程。


   使用Runnable接口创建多线程相比使用Thread类创建多线程,可以更好地实现资源共享,因为Runnable对象可以被多个线程共享。


线程的生命周期包括哪些状态?

   线程的生命周期包括新建(New)、就绪(Runnable)、运行(Running)、阻塞(Blocked/Waiting)、结束(Terminated)五个状态。其中还有可运行(Runnable)和计时等待(Timed Waiting)

Java中如何实现线程同步?

    Java中可以使用synchronized关键字来实现线程同步。synchronized关键字可以修饰方法或代码块,确保同一时间只有一个线程可以访问被修饰的代码。

什么是线程安全?

    线程安全指的是多个线程访问共享数据时,不会出现数据不一致或不正确的情况。线程安全的代码能够正确地处理并发访问的情况,保证数据的一致性和正确性。

如何实现线程间的通信?

    线程间的通信可以通过共享内存或消息传递来实现。共享内存是指多个线程共享同一块内存区域来传递信息,而消息传递是指线程之间通过发送消息来进行通信。

什么是线程池?它的优点是什么?

    线程池是一种管理和复用线程的机制。它包含了一组已创建的线程,可以重复使用这些线程来执行任务,减少了创建和销毁线程的开销。线程池可以提高程序的性能、响应能力和资源利用率。

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