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常见面试题之线程基础知识
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常见面试题之线程基础知识
1. 线程和进程的区别？2. 并行和并发有什么区别？3. 创建线程的四种方式？4. `runnable`和`callable`有什么区别？5. 线程的`run()`和`start()`有什么区别？6. 线程包括哪些状态，状态之间是如何变化的？7. 新建`T1`、`T2`、`T3`三个线程，如何保证它们按顺序执行？8. `notify()`和`notifyAll()`有什么区别？9. 在`java`中`wait`和`sleep`方法的不同？10. 如何停止一个正在运行的线程？
1. 线程和进程的区别？
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)。 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 。 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 3. 创建线程的四种方式？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 { @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 ft = new FutureTask(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(); } } 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。 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。 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。 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； 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。 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(); } } 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； package com.dcxuexi.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(); } } 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）；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..."); } } } 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。 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。 package com.dcxuexi.basic; 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(); } } |
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