Java基础知识（三）多线程

怼烎@ 2022-02-27 08:16 344阅读 0赞

## 1、进程和线程： ##

进程：正在进行的程序。每一个进程执行都有一个执行顺序，该顺序是一个执行路径，或者叫一个控制单元。  
线程：进程内部的一条执行路径或者一个控制单元。  
两者的区别：  
一个进程至少有一个线程  
进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存；

## 2、jvm多线程的启动是多线程吗？ ##

java的虚拟机jvm启动的是单线程，就有发生内存泄露的可能，而我们使用java程序没出现这样的问题，  
也就是jvm启动至少有两个线程，一个执行java程序，一个执行垃圾回收。所以是多线程。

## 3、多线程的优势和弊端： ##

解决了多部分同时运行的问题，提高效率  
线程太多会导致效率的降低，因为线程的执行依靠的是CPU的来回切换。

## 4、什么叫多线程： ##

一个进程中有多个线程，称为多线程。

## 5、实现多线程的方法： ##

实现多线程可以通过继承Thread类和实现Runnable接口。  
(1)继承Thread  
定义一个类继承Thread类  
复写Thread类中的public void run()方法，将线程的任务代码封装到run方法中  
直接创建Thread的子类对象，创建线程  
调用start()方法，开启线程(调用线程的任务run方法)  
//另外可以通过Thread的getName()获取线程的名称。

(2)实现Runnable接口；  
定义一个类，实现Runnable接口；  
覆盖接口的public void run()的方法，将线程的任务代码封装到run方法中；  
创建Runnable接口的子类对象  
将Runnabl接口的子类对象作为参数传递给Thread类的构造函数，创建Thread类对象  
（原因：线程的任务都封装在Runnable接口子类对象的run方法中。  
所以要在线程对象创建时就必须明确要运行的任务）。  
调用start()方法，启动线程。  
  
两种方法区别：  
(1)实现Runnable接口避免了单继承的局限性  
(2)继承Thread类线程代码存放在Thread子类的run方法中  
实现Runnable接口线程代码存放在接口的子类的run方法中；  
在定义线程时，建议使用实现Runnable接口，因为几乎所有多线程都可以使用这种方式实现

## 6、创建线程是为什么要复写run方法？ ##

Thread类用于描述线程。Thread类定义了一个功能，用于存储线程要运行的代码，该存储功能就是run方法。

## 7、start()和run方法有什么区别？ ##

调用start方法方可启动线程，而run方法只是thread的一个普通方法，调用run方法不能实现多线程；  
Start()方法:  
start方法用来启动线程,实现了多线程运行,这时无需等待run方法体代码执行完毕而直接继续执行下面的  
代码。通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程,这时此线程处于就绪(可运行)状态，并没有运行，  
一旦得到cpu时间片(执行权),就开始执行run()方法,这里方法run()称为线程体，  
它包含了要执行的这个线程的内容，Run方法运行结束,此线程随即终止。  
Run()方法:  
run()方法只是Thread类的一个普通方法,如果直接调用Run方法,程序中依然只有主线程这一个线程,  
其程序执行路径还是只有一条，还是要等待run方法体执行完毕后才可继续执行下面的代码，  
这样就没有达到多线程的目的。

## 8、线程的几种状态： ##

新建：new一个Thread对象或者其子类对象就是创建一个线程，当一个线程对象被创建，但是没有开启，这个时候，  
只是对象线程对象开辟了内存空间和初始化数据。  
就绪：新建的对象调用start方法，就开启了线程，线程就到了就绪状态。  
在这个状态的线程对象，具有执行资格，没有执行权。  
运行：当线程对象获取到了CPU的资源。  
在这个状态的线程对象，既有执行资格，也有执行权。  
冻结：运行过程中的线程由于某些原因(比如wait,sleep)，释放了执行资格和执行权。  
当然，他们可以回到运行状态。只不过，不是直接回到。  
而是先回到就绪状态。  
死亡：当线程对象调用的run方法结束，或者直接调用stop方法，就让线程对象死亡，在内存中变成了垃圾。

## 9、sleep()和wait()的区别： ##

(1)这两个方法来自不同的类，sleep()来自Thread类，和wait()来自Object类。  
(2)sleep是Thread的静态类方法，谁调用的谁去睡觉，即使在a线程里调用了b的sleep方法，实际上还是a去睡觉，  
要让b线程睡觉要在b的代码中调用sleep。而wait()是Object类的非静态方法  
(3)sleep()释放资源不释放锁，而wait()释放资源释放锁；  
(4)使用范围：wait,notify和notifyAll只能在同步控制方法或者同步控制块里面使用,而sleep可以在任何地方使用

## 10、多线程安全问题： ##

(1)原因:当程序的多条语句在操作线程共享数据时(如买票例子中的票就是共享资源)，由于线程的随机性导致  
一个线程对多条语句，执行了一部分还没执行完，另一个线程抢夺到cpu执行权参与进来执行，  
此时就导致共享数据发生错误。比如买票例子中打印重票和错票的情况。  
(2)解决方法:对多条操作共享数据的语句进行同步，一个线程在执行过程中其他线程不可以参与进来

## 11、Java中多线程同步是什么？ ##

同步是用来解决多线程的安全问题的，在多线程中，同步能控制对共享数据的访问。如果没有同步，当一个线程在  
修改一个共享数据时，而另外一个线程正在使用或者更新同一个共享数据，这样容易导致程序出现错误的结果。

## 12、什么是锁?锁的作用是什么? ##

锁就是对象  
锁的作用是保证线程同步，解决线程安全问题。  
持有锁的线程可以在同步中执行，没有锁的线程即使获得cpu执行权，也进不去。

## 13、同步的前提: ##

(1)必须保证有两个以上线程  
(2)必须是多个线程使用同一个锁，即多条语句在操作线程共享数据  
(3)必须保证同步中只有一个线程在运行

## 14、同步的好处和弊端 ##

好处：同步解决了多线程的安全问题  
弊端：多线程都需要判断锁，比较消耗资源

## 15、同步的两种表现形式： ##

(1)同步代码块:  
可以指定需要获取哪个对象的同步锁,使用synchronized的代码块同样需要锁,但他的锁可以是任意对象  
考虑到安全问题，一般还是使用同一个对象，相对来说效率较高。

注意：  
\*\*虽然同步代码快的锁可以使任何对象，但是在进行多线程通信使用同步代码快时，  
必须保证同步代码快的锁的对象和，否则会报错。  
\*\*同步函数的锁是this，也要保证同步函数的锁的对象和调用wait、notify和notifyAll的对象是  
同一个对象，也就是都是this锁代表的对象。  
格式：  
synchronized(对象)  
\{  
需同步的代码;  
\}  
(2)同步函数  
同步方法是指进入该方法时需要获取this对象的同步锁，在方法上使用synchronized关键字，  
使用this对象作为锁，也就是使用了当前对象，因为锁住了方法，所以相对于代码块来说效率相对较低。  
注:静态同步函数的锁是该方法所在的类的字节码文件对象，即类名.class文件  
格式：  
修饰词 synchronized 返回值类型 函数名(参数列表)  
\{  
需同步的代码;  
\}

在jdk1.5后，用lock锁取代了synchronized，个人理解也就是对同步代码块做了修改，  
并没有提供对同步方法的修改，主要还是效率问题吧。

## 16、多线程的单例设计模式：保证某个类中内存中只有一个对象 ##

(1)饿汉式:

class Single{
        private Single(){}//将构造函数私有化，不让别的类建立该类对象
        private static final Single s=new Single();//自己建立一个对象
        public static Single getInstance()//提供一个公共访问方式
        {
            return s;
        }
    }

(2)懒汉式：

class Single{
        private Single(){} 
        private static Single s;
        public static Single getInstance() {
            if(s==null)
                s=new Single();
            return s;
        }
    }

饿汉式和懒汉式的区别：  
\*\*  
饿汉式是类一加载进内存就创建好了对象；  
懒汉式则是类加载进内存的时候，对象还没有存在，只有调用了getInstance()方法时，对象才开始创建。  
\*\*  
懒汉式是延迟加载，如果多个线程同时操作懒汉式时就有可能出现线程安全问题，解决线程安全问题  
可以加同步来解决。但是加了同步之后，每一次都要比较锁，效率就变慢了，  
所以可以加双重判断来提高程序效率。  
如将上述懒汉式的Instance函数改成同步：

public static Single getInstance(){
        if(s==null){
            synchronized(Single.class){
                if(s==null) 
                    s=new Single();
            }
        }
        return s;
    }

## 17、死锁 ##

两个线程对两个同步对象具有循环依赖时，就会发生死锁。即同步嵌套同步，而锁却不同。

## 18、wait()、sleep()、notify()、notifyAll() ##

wait():使一个线程处于等待状态，并且释放所持有的对象的lock。   
sleep():使一个正在运行的线程处于睡眠状态，是一个静态方法，调用此方法要捕捉InterruptedException异常。   
notify():唤醒一个处于等待状态的线程，注意的是在调用此方法的时候，并不能确切的唤醒某一个等待状态的线程，  
而是由JVM确定唤醒哪个线程(一般是最先开始等待的线程)，而且不是按优先级。   
Allnotity():唤醒所有处入等待状态的线程，注意并不是给所有唤醒线程一个对象的锁，而是让它们竞争。  
**为什么wait()、notify()、notifyAll()这些用来操作线程的方法定义在Object类中？**  
(1)这些方法只存在于同步中；  
(2)使用这些方法时必须要指定所属的锁，即被哪个锁调用这些方法；  
(3)而锁可以是任意对象，所以任意对象调用的方法就定义在Object中。

## 19、多线程间通讯： ##

多线程间通讯就是多个线程在操作同一资源,但是操作的动作不同.  
(1)为什么要通信  
多线程并发执行的时候, 如果需要指定线程等待或者唤醒指定线程, 那么就需要通信.比如生产者消费者的问题，  
生产一个消费一个,生产的时候需要负责消费的进程等待,生产一个后完成后需要唤醒负责消费的线程,  
同时让自己处于等待，消费的时候负责消费的线程被唤醒，消费完生产的产品后又将等待的生产线程唤醒，  
然后使自己线程处于等待。这样来回通信，以达到生产一个消费一个的目的。  
(2)怎么通信  
在同步代码块中, 使用锁对象的wait()方法可以让当前线程等待, 直到有其他线程唤醒为止.  
使用锁对象的notify()方法可以唤醒一个等待的线程，或者notifyAll唤醒所有等待的线程.  
多线程间通信用sleep很难实现，睡眠时间很难把握。

## 20、Lock和Condition ##

实现提供比synchronized方法和语句可获得的更广泛的锁的操作，可支持多个相关的Condition对象  
Lock是个接口  
锁是控制多个线程对共享数据进行访问的工具。

JDK1.5中提供了多线程升级的解决方案：  
将同步synchonized替换成了显示的Lock操作，将Object中的wait、notify、notifyAll替换成了Condition对象。  
该对象可以Lock锁进行获取

Lock的方法摘要：  
void lock() 获取锁。   
Condition newCondition() 返回绑定到此 Lock 实例的新 Condition 实例。   
void unlock() 释放锁。  
Condition方法摘要：  
void await() 造成当前线程在接到信号或被中断之前一直处于等待状态。  
void signal() 唤醒一个等待线程。   
void signalAll() 唤醒所有等待线程。

## 21、停止线程： ##

stop方法已经过时，如何停止线程？  
停止线程的方法只有一种，就是run方法结束。如何让run方法结束呢？  
开启多线程运行，运行代码通常是循环体，只要控制住循环，就可以让run方法结束，也就是结束线程。

特殊情况：当线程属于冻结状态，就不会读取循环控制标记，则线程就不会结束。  
为解决该特殊情况，可引入Thread类中的Interrupt方法结束线程的冻结状态；  
当没有指定的方式让冻结线程恢复到运行状态时，需要对冻结进行清除，强制让线程恢复到运行状态

## 22、interrupt: ##

void interrupt() 中断线程:   
中断状态将被清除，它还将收到一个 InterruptedException

## 22、守护线程(后台线程) ##

setDaemon(boolean on):将该线程标记为守护线程或者用户线程。  
当主线程结束，守护线程自动结束，比如圣斗士星矢里面的守护雅典娜，  
在多线程里面主线程就是雅典娜，守护线程就是圣斗士，主线程结束了，  
守护线程则自动结束。  
当正在运行的线程都是守护线程时，java虚拟机jvm退出；所以该方法必须在启动线程前调用；

守护线程的特点：  
守护线程开启后和前台线程共同抢夺cpu的执行权，开启、运行两者都没区别，  
但结束时有区别，当所有前台线程都结束后，守护线程会自动结束。

## 23、多线程join方法： ##

void join() 等待该线程终止。  
void join(long millis) 等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒。  
throws InterruptedException   
特点：当A线程执行到B线程的join方法时，A就会等待B线程都执行完，A才会执行  
作用: join可以用来临时加入线程执行；

## 24、多线程优先级：yield()方法 ##

yield():暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程  
setPriority(int newPriority):更改线程优先级  
int getPriority() 返回线程的优先级。  
String toString() 返回该线程的字符串表示形式，包括线程名称、优先级和线程组  
  
(1)MAX\_PRIORITY:最高优先级(10级)  
(1)Min\_PRIORITY:最低优先级(1级)  
(1)Morm\_PRIORITY:默认优先级(5级)

## 25、什么是ThreadLocal类,怎么使用它？ ##

ThreadLocal类提供了线程局部 (thread-local) 变量。是一个线程级别的局部变量，并非“本地线程”。  
ThreadLocal 为每个使用该变量的线程,提供了一个独立的变量副本，每个线程修改副本时不影响其它线程对象的副本

下面是线程局部变量(ThreadLocal variables)的关键点：  
一个线程局部变量(ThreadLocal variables)为每个线程方便地提供了一个单独的变量。  
ThreadLocal 实例通常作为静态的私有的(private static)字段出现在一个类中，这个类用来关联一个线程。   
当多个线程访问 ThreadLocal 实例时，每个线程维护 ThreadLocal 提供的独立的变量副本。  
常用的使用可在 DAO 模式中见到，当 DAO 类作为一个单例类时，  
数据库链接(connection)被每一个线程独立的维护，互不影响。(基于线程的单例)

## 26、什么时候抛出InvalidMonitorStateException异常?为什么？ ##

调用 wait ()/notify ()/notifyAll ()中的任何一个方法时，如果当前线程没有获得该对象的锁，  
那么就会抛出 IllegalMonitorStateException 的异常  
也就是说程序在没有执行对象的任何同步块或者同步方法时，  
仍然尝试调用 wait ()/notify ()/notifyAll ()时。由于该异常是 RuntimeExcpetion 的子类，  
所以该异常不一定要捕获(尽管你可以捕获只要你愿意  
作为 RuntimeException，此类异常不会在 wait (),notify (),notifyAll ()的方法签名提及。

## 27、在静态方法上使用同步时会发生什么事？ ##

同步静态方法时会获取该类的“Class”对象，所以当一个线程进入同步的静态方法中时，  
线程监视器获取类本身的对象锁，其它线程不能进入这个类的任何静态同步方法。  
它不像实例方法，因为多个线程可以同时访问不同实例同步实例方法。

## 28、当一个同步方法已经执行，线程能够调用对象上的非同步实例方法吗？ ##

可以，一个非同步方法总是可以被调用而不会有任何问题。  
实际上，Java 没有为非同步方法做任何检查，锁对象仅仅在同步方法或者同步代码块中检查。  
如果一个方法没有声明为同步，即使你在使用共享数据Java照样会调用，而不会做检查是否安全，  
所以在这种情况下要特别小心。一个方法是否声明为同步取决于临界区访问(critial section access)，  
如果方法不访问临界区(共享资源或者数据结构)就没必要声明为同步的。

## 29、在一个对象上两个线程可以调用两个不同的同步实例方法吗？ ##

不能，因为一个对象已经同步了实例方法，线程获取了对象的对象锁。  
所以只有执行完该方法释放对象锁后才能执行其它同步方法。

## 30、什么是线程饿死，什么是活锁？ ##

线程饿死和活锁虽然不像死锁一样是常见的问题，但是对于并发编程的设计者来说就像一次邂逅一样。  
当所有线程阻塞，或者由于需要的资源无效而不能处理，不存在非阻塞线程使资源可用。  
JavaAPI 中线程活锁可能发生在以下情形：  
当所有线程在程序中执行 Object.wait (0)，参数为 0 的 wait 方法。  
程序将发生活锁直到在相应的对象上有线程调用 Object.notify ()或者 Object.notifyAll ()。  
当所有线程卡在无限循环中。