解释Thread类和Runnable接口的区别，如何确保线程安全？

在Java中创建多线程主要有两种方式：继承Thread类和实现Runnable接口。以下是它们之间的主要区别：

1. 继承Thread类：

   • 当一个类直接继承自Thread类时，该类本身就代表了一个线程实例。

   • 需要重写Thread类的run()方法，在这个方法中定义线程执行的任务代码。

   • 因为Java不支持多重继承，所以如果一个类已经继承了另一个类，则不能继承Thread类，限制了其扩展性。

示例代码：

class MyThread extends Thread {

    public void run() {

        // 线程任务代码

    }

}



public class Main {

    public static void main(String[] args) {

        MyThread mt1 = new MyThread();

        mt1.start();  // 启动线程

    }

}

2. 实现Runnable接口：

   • 一个类可以实现Runnable接口，并提供一个实现了run()方法的实现类，这样就避开了Java单继承的限制。

   • 然后，这个Runnable对象可以在创建Thread对象时作为构造参数传入，Thread对象会调用Runnable的run()方法来执行任务。

   • 这种方式更利于资源的共享，因为多个线程可以共享同一个Runnable实例，从而实现数据和任务的并行处理。

示例代码：

class MyRunnable implements Runnable {

    @Override

    public void run() {

        // 线程任务代码

    }

}



public class Main {

    public static void main(String[] args) {

        MyRunnable task = new MyRunnable();



        Thread t1 = new Thread(task);

        Thread t2 = new Thread(task);



        t1.start();  // 启动线程

        t2.start();  // 启动线程

    }

}

总结来说，继承Thread类更简单直接，但可能导致继承体系结构受限；而实现Runnable接口更加灵活，可以与其他继承结构结合使用，并且允许多个线程共享同一任务实例。

线程安全是指在多线程环境下，代码能够正确处理多个线程并发访问共享资源的情况，不会出现数据不一致或者其他的意外情况。确保线程安全通常需要采取以下几种策略：

1. 互斥同步：使用锁（如Java的synchronized关键字、Mutex、Semaphore等）来保护临界区，即一段可能修改共享资源的代码，确保同一时刻只有一个线程能执行这段代码。

2. 原子操作：使用原子变量（如Java的Atomic类）或CAS（Compare and Swap）指令进行原子级别的操作，这些操作在多线程环境中不会被其他线程中断。

3. 无副作用的纯函数：如果一个方法的输出只依赖于其输入，并且不修改任何外部状态，那么这个方法是线程安全的。尽量避免使用全局变量和静态变量。

4. 使用线程局部存储：线程局部存储（Thread Local Storage，TLS）为每个线程维护了一个独立的数据副本，避免了线程之间的数据共享问题。

5. 避免条件竞争：当多个线程同时修改一个公共数据时，由于判断条件不同步可能导致数据一致性问题。可以通过调整代码逻辑或使用锁等机制确保所有相关操作在一个原子单元内完成。

6. 减少共享状态：尽量减少多个线程对同一数据结构的直接访问，例如可以将共享状态划分为多个独立的部分，然后让不同的线程访问其中的不同部分，或者使用复制数据的方式来降低冲突。

7. 死锁预防与避免：合理设计资源获取顺序、超时重试和预检查等方式防止死锁的发生。

总之，在编写多线程程序时，要时刻关注可能出现的竞争条件和数据一致性问题，采取适当的同步策略和编程习惯以保证线程安全。

volatile关键字在Java并发编程中起到关键作用，主要提供以下两个核心功能：

1. 内存可见性：

   当一个变量被声明为volatile时，这意味着对该变量的读/写操作具有特殊的内存语义。任何线程对volatile变量的修改都会立即将新值同步到主内存，并且当其他线程需要读取该变量时，它们会从主内存中获取最新版本的数据，而不是使用其工作内存中的副本。因此，volatile确保了多线程环境下的可见性。

2. 有序性保证：

   volatile关键字还禁止了编译器和CPU对相关指令的重排序。在Java的内存模型中，允许编译器和处理器为了提高性能而对指令序列进行重新排序，但这可能导致在多线程环境下观察到非预期的行为。volatile保证了对volatile变量的读/写操作不会与其他任何内存操作重排序，从而维护了一定程度的有序性。

然而，volatile关键字并不能保证原子性。例如，如果一个变量是int类型的，并发环境中对它的自增操作（i++）不是原子的，即使该变量是volatile的，仍然可能存在线程安全问题。

总结来说，volatile主要用于解决多线程环境中的共享变量的实时更新问题，但不能替代锁或者其他同步机制来保证复杂的原子操作或互斥访问。