JAVA面试八股文之多线程基础知识

简介: JAVA面试八股文之多线程基础知识


1.线程的基础知识

1.1 线程和进程的区别?

难易程度:☆☆

出现频率:☆☆☆

程序由指令和数据组成,但这些指令要运行,数据要读写,就必须将指令加载至 CPU,数据加载至内存。在指令运行过程中还需要用到磁盘、网络等设备。进程就是用来加载指令、管理内存、管理 IO 的。

当一个程序被运行,从磁盘加载这个程序的代码至内存,这时就开启了一个进程。

一个进程之内可以分为一到多个线程。

一个线程就是一个指令流,将指令流中的一条条指令以一定的顺序交给 CPU 执行

Java 中,线程作为最小调度单位,进程作为资源分配的最小单位。在 windows 中进程是不活动的,只是作为线程的容器。

二者对比

  • 进程是正在运行程序的实例,进程中包含了线程,每个线程执行不同的任务。
  • 不同的进程使用不同的内存空间,在当前进程下的所有线程可以共享内存空间。
  • 线程更轻量,线程上下文切换成本一般上要比进程上下文切换低(上下文切换指的是从一个线程切换到另一个线程)。

1.2 并行和并发有什么区别?

难易程度:☆

出现频率:☆

单核CPU

  • 单核CPU下线程实际还是串行执行的
  • 操作系统中有一个组件叫做任务调度器,将cpu的时间片(windows下时间片最小约为 15 毫秒)分给不同的程序使用,只是由于cpu在线程间(时间片很短)的切换非常快,人类感觉是同时运行的 。
  • 总结为一句话就是: 微观串行,宏观并行

一般会将这种线程轮流使用CPU的做法称为并发(concurrent)

多核CPU

每个核(core)都可以调度运行线程,这时候线程可以是并行的。

并发(concurrent)是同一时间应对(dealing with)多件事情的能力

并行(parallel)是同一时间动手做(doing)多件事情的能力

举例:

  • 家庭主妇做饭、打扫卫生、给孩子喂奶,她一个人轮流交替做这多件事,这时就是并发
  • 家庭主妇雇了个保姆,她们一起这些事,这时既有并发,也有并行(这时会产生竞争,例如锅只有一口,一个人用锅时,另一个人就得等待)
  • 雇了3个保姆,一个专做饭、一个专打扫卫生、一个专喂奶,互不干扰,这时是并行

1.3 创建线程的四种方式

难易程度:☆☆

出现频率:☆☆☆☆

参考回答:

共有四种方式可以创建线程,分别是:继承Thread类、实现runnable接口、实现Callable接口、线程池创建线程

详细创建方式参考下面代码:

继承Thread类

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread...run...");
    }
    public static void main(String[] args) {
        // 创建MyThread对象
        MyThread t1 = new MyThread() ;
        MyThread t2 = new MyThread() ;
        // 调用start方法启动线程
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

实现runnable接口

public class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyRunnable...run...");
    }
    public static void main(String[] args) {
        // 创建MyRunnable对象
        MyRunnable mr = new MyRunnable() ;
        // 创建Thread对象
        Thread t1 = new Thread(mr) ;
        Thread t2 = new Thread(mr) ;
        // 调用start方法启动线程
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

实现Callable接口

public class MyCallable implements Callable<String> {
    @Override
    public String call() throws Exception {
        System.out.println("MyCallable...call...");
        return "OK";
    }
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 创建MyCallable对象
        MyCallable mc = new MyCallable() ;
        // 创建F
        FutureTask<String> ft = new FutureTask<String>(mc) ;
        // 创建Thread对象
        Thread t1 = new Thread(ft) ;
        Thread t2 = new Thread(ft) ;
        // 调用start方法启动线程
        t1.start();
        // 调用ft的get方法获取执行结果
        String result = ft.get();
        // 输出
        System.out.println(result);
    }
}

线程池创建线程

public class MyExecutors implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyRunnable...run...");
    }
    public static void main(String[] args) {
        // 创建线程池对象
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        threadPool.submit(new MyExecutors()) ;
        // 关闭线程池
        threadPool.shutdown();
    }
}

1.4 runnable 和 callable 有什么区别

难易程度:☆☆

出现频率:☆☆☆

参考回答:

  1. Runnable 接口run方法没有返回值;Callable接口call方法有返回值,是个泛型,和Future、FutureTask配合可以用来获取异步执行的结果。
  2. Callalbe接口支持返回执行结果,需要调用FutureTask.get()得到,此方法会阻塞主进程的继续往下执行,如果不调用不会阻塞。
  3. Callable接口的call()方法允许抛出异常;而Runnable接口的run()方法的异常只能在内部消化,不能继续上抛。

1.5 线程的 run()和 start()有什么区别?

难易程度:☆☆

出现频率:☆☆

start(): 用来启动线程,通过该线程调用run方法执行run方法中所定义的逻辑代码。start方法只能被调用一次。

run(): 封装了要被线程执行的代码,可以被调用多次。

1.6 线程包括哪些状态,状态之间是如何变化的

难易程度:☆☆☆

出现频率:☆☆☆☆

线程的状态可以参考JDK中的Thread类中的枚举State

public enum State {
        /**
         * 尚未启动的线程的线程状态
         */
        NEW,
        /**
         * 可运行线程的线程状态。处于可运行状态的线程正在 Java 虚拟机中执行,但它可能正在等待来自    * 操作系统的其他资源,例如处理器。
         */
        RUNNABLE,
        /**
         * 线程阻塞等待监视器锁的线程状态。处于阻塞状态的线程正在等待监视器锁进入同步块/方法或在调          * 用Object.wait后重新进入同步块/方法。
         */
        BLOCKED,
        /**
         * 等待线程的线程状态。由于调用以下方法之一,线程处于等待状态:
    * Object.wait没有超时
         * 没有超时的Thread.join
         * LockSupport.park
         * 处于等待状态的线程正在等待另一个线程执行特定操作。
         * 例如,一个对对象调用Object.wait()的线程正在等待另一个线程对该对象调用Object.notify()     * 或Object.notifyAll() 。已调用Thread.join()的线程正在等待指定线程终止。
         */
        WAITING,
        /**
         * 具有指定等待时间的等待线程的线程状态。由于以指定的正等待时间调用以下方法之一,线程处于定          * 时等待状态:
    * Thread.sleep
    * Object.wait超时
    * Thread.join超时
    * LockSupport.parkNanos
    * LockSupport.parkUntil
         * </ul>
         */
        TIMED_WAITING,
        /**
         * 已终止线程的线程状态。线程已完成执行
         */
        TERMINATED;
    }

状态之间是如何变化的

分别是

  • 新建
  • 当一个线程对象被创建,但还未调用 start 方法时处于新建状态
  • 此时未与操作系统底层线程关联
  • 可运行
  • 调用了 start 方法,就会由新建进入可运行
  • 此时与底层线程关联,由操作系统调度执行
  • 终结
  • 线程内代码已经执行完毕,由可运行进入终结
  • 此时会取消与底层线程关联
  • 阻塞
  • 当获取锁失败后,由可运行进入 Monitor 的阻塞队列阻塞,此时不占用 cpu 时间
  • 当持锁线程释放锁时,会按照一定规则唤醒阻塞队列中的阻塞线程,唤醒后的线程进入可运行状态
  • 等待
  • 当获取锁成功后,但由于条件不满足,调用了 wait() 方法,此时从可运行状态释放锁进入 Monitor 等待集合等待,同样不占用 cpu 时间
  • 当其它持锁线程调用 notify() 或 notifyAll() 方法,会按照一定规则唤醒等待集合中的等待线程,恢复为可运行状态
  • 有时限等待
  • 当获取锁成功后,但由于条件不满足,调用了 wait(long) 方法,此时从可运行状态释放锁进入 Monitor 等待集合进行有时限等待,同样不占用 cpu 时间
  • 当其它持锁线程调用 notify() 或 notifyAll() 方法,会按照一定规则唤醒等待集合中的有时限等待线程,恢复为可运行状态,并重新去竞争锁
  • 如果等待超时,也会从有时限等待状态恢复为可运行状态,并重新去竞争锁
  • 还有一种情况是调用 sleep(long) 方法也会从可运行状态进入有时限等待状态,但与 Monitor 无关,不需要主动唤醒,超时时间到自然恢复为可运行状态

1.7 新建 T1、T2、T3 三个线程,如何保证它们按顺序执行?

难易程度:☆☆

出现频率:☆☆☆

在多线程中有多种方法让线程按特定顺序执行,你可以用线程类的join()方法在一个线程中启动另一个线程,另外一个线程完成该线程继续执行。

代码举例:

为了确保三个线程的顺序你应该先启动最后一个(T3调用T2,T2调用T1),这样T1就会先完成而T3最后完成

public class JoinTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建线程对象
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            System.out.println("t1");
        }) ;
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            try {
                t1.join();  // 加入线程t1,只有t1线程执行完毕以后,再次执行该线程
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("t2");
        }) ;
        Thread t3 = new Thread(() -> {
            try {
                t2.join();  // 加入线程t2,只有t2线程执行完毕以后,再次执行该线程
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("t3");
        }) ;
        // 启动线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

1.8 notify()和 notifyAll()有什么区别?

难易程度:☆☆

出现频率:☆☆

notifyAll:唤醒所有wait的线程

notify:只随机唤醒一个 wait 线程

package com.itheima.basic;
public class WaitNotify {
    static boolean flag = false;
    static Object lock = new Object();
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock){
                while (!flag){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...wating...");
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...flag is true");
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock){
                while (!flag){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...wating...");
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...flag is true");
            }
        });
        Thread t3 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " hold lock");
                lock.notifyAll();
                flag = true;
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

1.9 在 java 中 wait 和 sleep 方法的不同?

难易程度:☆☆☆

出现频率:☆☆☆

参考回答:

共同点

  • wait() ,wait(long) 和 sleep(long) 的效果都是让当前线程暂时放弃 CPU 的使用权,进入阻塞状态

不同点

  • 方法归属不同
  • sleep(long) 是 Thread 的静态方法
  • 而 wait(),wait(long) 都是 Object 的成员方法,每个对象都有
  • 醒来时机不同
  • 执行 sleep(long) 和 wait(long) 的线程都会在等待相应毫秒后醒来
  • wait(long) 和 wait() 还可以被 notify 唤醒,wait() 如果不唤醒就一直等下去
  • 它们都可以被打断唤醒
  • 锁特性不同(重点)
  • wait 方法的调用必须先获取 wait 对象的锁,而 sleep 则无此限制
  • wait 方法执行后会释放对象锁,允许其它线程获得该对象锁(我放弃 cpu,但你们还可以用)
  • 而 sleep 如果在 synchronized 代码块中执行,并不会释放对象锁(我放弃 cpu,你们也用不了)

代码示例:

public class WaitSleepCase {
    static final Object LOCK = new Object();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        sleeping();
    }
    private static void illegalWait() throws InterruptedException {
        LOCK.wait();
    }
    private static void waiting() throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            synchronized (LOCK) {
                try {
                    get("t").debug("waiting...");
                    LOCK.wait(5000L);
                } catch (InterruptedException e) {
                    get("t").debug("interrupted...");
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "t1");
        t1.start();
        Thread.sleep(100);
        synchronized (LOCK) {
            main.debug("other...");
        }
    }
    private static void sleeping() throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            synchronized (LOCK) {
                try {
                    get("t").debug("sleeping...");
                    Thread.sleep(5000L);
                } catch (InterruptedException e) {
                    get("t").debug("interrupted...");
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "t1");
        t1.start();
        Thread.sleep(100);
        synchronized (LOCK) {
            main.debug("other...");
        }
    }
}

1.10 如何停止一个正在运行的线程?

难易程度:☆☆

出现频率:☆☆

参考回答:

有三种方式可以停止线程

  • 使用退出标志,使线程正常退出,也就是当run方法完成后线程终止
  • 使用stop方法强行终止(不推荐,方法已作废)
  • 使用interrupt方法中断线程

代码参考如下:

使用退出标志,使线程正常退出

public class MyInterrupt1 extends Thread {
    volatile boolean flag = false ;     // 线程执行的退出标记
    @Override
    public void run() {
        while(!flag) {
            System.out.println("MyThread...run...");
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建MyThread对象
        MyInterrupt1 t1 = new MyInterrupt1() ;
        t1.start();
        // 主线程休眠6秒
        Thread.sleep(6000);
        // 更改标记为true
        t1.flag = true ;
    }
}

使用stop方法强行终止

public class MyInterrupt2 extends Thread {
    volatile boolean flag = false ;     // 线程执行的退出标记
    @Override
    public void run() {
        while(!flag) {
            System.out.println("MyThread...run...");
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建MyThread对象
        MyInterrupt2 t1 = new MyInterrupt2() ;
        t1.start();
        // 主线程休眠2秒
        Thread.sleep(6000);
        // 调用stop方法
        t1.stop();
    }
}

使用interrupt方法中断线程

public class MyInterrupt3 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //1.打断阻塞的线程
        /*Thread t1 = new Thread(()->{
            System.out.println("t1 正在运行...");
            try {
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, "t1");
        t1.start();
        Thread.sleep(500);
        t1.interrupt();
        System.out.println(t1.isInterrupted());*/
        //2.打断正常的线程
        Thread t2 = new Thread(()->{
            while(true) {
                Thread current = Thread.currentThread();
                boolean interrupted = current.isInterrupted();
                if(interrupted) {
                    System.out.println("打断状态:"+interrupted);
                    break;
                }
            }
        }, "t2");
        t2.start();
        Thread.sleep(500);
//        t2.interrupt();
    }
}

后记
👉👉💕💕美好的一天,到此结束,下次继续努力!欲知后续,请看下回分解,写作不易,感谢大家的支持!! 🌹🌹🌹

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