JAVA面试八股文之多线程基础知识
Java多线程相关面试题
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- 1.线程的基础知识
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- 1.1 线程和进程的区别？
- 1.2 并行和并发有什么区别？
- 1.3 创建线程的四种方式
- 1.4 runnable 和 callable 有什么区别
- 1.5 线程的 run()和 start()有什么区别？
- 1.6 线程包括哪些状态，状态之间是如何变化的
- 1.7 新建 T1、T2、T3 三个线程，如何保证它们按顺序执行？
- 1.8 notify()和 notifyAll()有什么区别？
- 1.9 在 java 中 wait 和 sleep 方法的不同？
- 1.10 如何停止一个正在运行的线程？
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
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单核CPU下线程实际还是串行执行的
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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 。
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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：
① 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();
}
}
② 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();
}
}
③ 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);
}
}
④ 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：
- 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？
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
*
*/
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
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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：
① 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 ;
}
}
② 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();
}
}
③ 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！！