一、多线程-线程基础
1.1、线程和进程的区别?
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?
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 。
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
篇幅限制下面就只能给大家展示小册部分内容了。整理了一份核心面试笔记包括了:Java面试、Spring、JVM、MyBatis、Redis、MySQL、并发编程、微服务、Linux、Springboot、SpringCloud、MQ、Kafka 面试专题
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1.3、创建线程的四种方式
共有四种方式可以创建线程
- 继承Thread类
- 实现runnable接口
- 实现Callable接口
- 线程池创建线程
1、继承Thread类
java
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 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();
}
}
AI写代码java
运行
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2、实现runnable接口
java
public class MyRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": MyThread...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();
}
}
AI写代码java
运行
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3、实现Callable接口
java
public class MyCallable implements Callable<String> {
@Override
public String call() throws Exception {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": MyThread...run...");
return "OK";
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
// 创建MyCallable对象
MyCallable mc = new MyCallable();
// 创建FutureTask
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);
}
}
AI写代码java
运行
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4、线程池创建线程
typescript
public class MyExecutors implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": MyThread...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();
}
}
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123456789101112131415
1.4、Runnable 和 Callable有什么区别
- 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
- 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。
- 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?
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
线程的状态可以参考JDK中的Thread类中的枚举State
vbnet
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;
}
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状态之间是如何变化的
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
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死亡
- 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?
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。
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
csharp
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 {
// 加入线程t1,只有t1线程执行完毕以后,再次执行该线程
t1.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("t2");
});
Thread t3 = new Thread(() -> {
try {
// 加入线程t2,只有t2线程执行完毕以后,再次执行该线程
t2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("t3");
});
// 启动线程
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
AI写代码java
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1.8、notify()和 notifyAll()有什么区别?
- notifyAll:唤醒所有wait的线程
- notify:只随机唤醒一个 wait 线程
csharp
public class WaitNotifyTest {
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();
}
}
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1.9、在 java 中 wait 和 sleep 方法的不同?
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)
1.10、如何停止一个正在运行的线程?
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:
1、使用退出标志,使线程正常退出。
java
public class MyInterrupt1 extends Thread {
// 线程执行的退出标记
volatile boolean flag = false;
@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;
}
}
AI写代码java
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篇幅限制下面就只能给大家展示小册部分内容了。整理了一份核心面试笔记包括了:Java面试、Spring、JVM、MyBatis、Redis、MySQL、并发编程、微服务、Linux、Springboot、SpringCloud、MQ、Kafka 面试专题
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2、使用stop方法强行终止
java
public class MyInterrupt2 extends Thread {
// 线程执行的退出标记
volatile boolean flag = false;
@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();
}
}
AI写代码java
运行
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3、使用interrupt方法中断线程。
ini
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();
}
}
AI写代码java
运行
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二、多线程-线程安全
2.1、讲一下synchronized关键字的底层原理?
2.1.1、基本使用
Synchronized【对象锁】采用互斥的方式让同一时刻至多只有一个线程能持有【对象锁】,其它线程再想获取这个【对象锁】时就会阻塞住。
如下抢票的代码,如果不加锁,就会出现超卖或者一张票卖给多个人。
java
public class TicketDemo {
private int ticketNum = 10;
public synchronized void getTicket() {
synchronized (this) {
if (this.ticketNum <= 0) {
return;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t抢到一张票, 剩余:" + ticketNum);
// 非原子性操作
this.ticketNum--;
}
}
public static void main(String[] args) {
TicketDemo ticketDemo = new TicketDemo();
for (int i = 0; i < 20; i++) {
new Thread(() -> {
ticketDemo.getTicket();
}).start();
}
}
}
AI写代码java
运行
1234567891011121314151617181920212223
2.1.2、Monitor
Monitor 被翻译为监视器,是由jvm提供,c++语言实现。
在代码中想要体现monitor需要借助javap命令查看clsss的字节码,比如以下代码:
java
public class SyncTest {
static final Object lock = new Object();
static int counter = 0;
public static void main(String[] args) {
synchronized (lock) {
counter++;
}
}
}
AI写代码java
运行
1234567891011
找到这个类的class文件,在class文件目录下执行javap -v SyncTest.class
,反编译效果如下:
monitorenter
:上锁开始的地方monitorexit
:解锁的地方- 其中被
monitorenter
和monitorexit
包围住的指令就是上锁的代码。 - 有两个
monitorexit
的原因,第二个monitorexit
是为了防止锁住的代码抛异常后不能及时释放锁。
在使用了synchornized
代码块时需要指定一个对象,所以synchornized
也被称为对象锁。
monitor
主要就是跟这个对象产生关联,如下图:
Monitor内部具体的存储结构
Owner
:存储当前获取锁的线程的,只能有一个线程可以获取。EntryList
:关联没有抢到锁的线程,处于Blocked状态的线程。WaitSet
:关联调用了wait方法的线程,处于Waiting状态的线程。
具体的流程
- 代码进入
synchorized
代码块,先让lock
(对象锁)关联的monitor
,然后判断Owner
是否有线程持有。 - 如果没有线程持有,则让当前线程持有,表示该线程获取锁成功。
- 如果有线程持有,则让当前线程进入
entryList
进行阻塞,如果Owner
持有的线程已经释放了锁,在EntryList
中的线程去竞争锁的持有权(非公平)。 - 如果代码块中调用了
wait()
方法,则会进去WaitSet
中进行等待。
参考回答
-
Synchronized
【对象锁】采用互斥的方式让同一时刻至多只有一个线程能持有【对象锁】。 -
它的底层由
monitor
实现的,monitor
是jvm级别的对象( C++实现),线程获得锁需要使用对象(锁)关联monitor
。 -
在
monitor
内部有三个属性,分别是owner
、entrylist
、waitset
。owner
是关联的获得锁的线程,并且只能关联一个线程;entrylist
关联的是处于阻塞状态的线程;waitset
关联的是处于Waiting
状态的线程。