每日六道java新手入門面試題,通往自由的道路--多線程
為什么要用多線程：
發(fā)揮多核CPU的優(yōu)勢(shì)，采用多線程的方式去同時(shí)完成幾件事情而不互相干擾。 能夠有效的防止阻塞，多條線程同時(shí)運(yùn)行，哪怕一條線程的代碼執(zhí)行讀取數(shù)據(jù)阻塞，也不會(huì)影響其它任務(wù)的執(zhí)行。 提高程序的效率。2. 什么是上下文切換?上下文切換一般發(fā)生在多線程情況下，因?yàn)橐粋€(gè) CPU 核心在任意時(shí)刻只能被一個(gè)線程使用，為了讓這些線程都能得到有效執(zhí)行，CPU 采取的策略是為每個(gè)線程分配時(shí)間片并輪轉(zhuǎn)的形式。而在多核cpu下，多線程是并行工作的，如果線程數(shù)多，單個(gè)核又會(huì)并發(fā)的調(diào)度線程，運(yùn)行時(shí)就會(huì)讓一個(gè)線程的時(shí)間片用完的時(shí)候就會(huì)重新處于就緒狀態(tài)讓給其他線程使用，這個(gè)過(guò)程就屬于上下文切換。
對(duì)于我們Java程序線程來(lái)說(shuō)，一旦一個(gè)線程搶占到CPU資源的使用權(quán)后，另一個(gè)線程需要保存當(dāng)前的一個(gè)狀態(tài)，以便下次搶占成功后可以回到當(dāng)前狀態(tài)，JVM中有塊內(nèi)存地址叫程序計(jì)數(shù)器，用于記錄保存線程執(zhí)行到哪一行代碼，它是每個(gè)線程獨(dú)有的。執(zhí)行任務(wù)從保存到再次加載的過(guò)程就是上下文切換。
實(shí)際上，上下文切換也是對(duì)系統(tǒng)意味著來(lái)說(shuō)會(huì)消耗大量的CPU時(shí)間，消耗大量資源。
以下幾種情況會(huì)發(fā)生上下文切換。
線程的cpu時(shí)間片用完 在發(fā)生垃圾回收的時(shí)候 我們自己調(diào)用了 sleep、yield、wait、join、synchronized、lock 等方法3. 說(shuō)說(shuō)你知道的幾種創(chuàng)建線程的方式創(chuàng)建線程有以下方式：
繼承Thread類，重載它的run方法。
在我們自己定義一個(gè)繼承于Thread類的子類，并重寫里面run方法，編寫相關(guān)邏輯代碼。 在測(cè)試類中創(chuàng)建我剛自定義的線程子類對(duì)象 調(diào)用子類實(shí)例的star方法來(lái)啟動(dòng)線程，通過(guò)start方法去調(diào)用到run方法里面的邏輯。實(shí)現(xiàn) Runnalbe接口，重載 Runnalbe接口中的run方法實(shí)現(xiàn) 。
我們定義一個(gè)實(shí)現(xiàn)Runnable接口實(shí)現(xiàn)類，并重寫里面的run方法 在測(cè)試類中創(chuàng)建一個(gè)我們剛定義的接口實(shí)現(xiàn)類的實(shí)例，以實(shí)例對(duì)象作為target創(chuàng)建Thead對(duì)象，而得到的Thread對(duì)象就是我們線程子類對(duì)象。 最后調(diào)用線程對(duì)象的start方法實(shí)現(xiàn)Callable接口方式，重寫Callable接口中的call方法，并且這個(gè)call方法可以有返回值。
我們定義一個(gè)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)Callable接口實(shí)現(xiàn)類，并重寫里面的call方法，注意它是call方法，并且有返回值。 在測(cè)試類中創(chuàng)建一個(gè)我們剛定義的接口實(shí)現(xiàn)類的實(shí)例，以實(shí)例對(duì)象為參數(shù)創(chuàng)建FutureTask對(duì)象，并把創(chuàng)建出來(lái)FutureTask對(duì)象作為參數(shù)去創(chuàng)建Thread對(duì)象，而得到的Thread對(duì)象就是我們線程子類對(duì)象。 最好調(diào)用線程對(duì)象的start方法。需要注意三者的區(qū)別：
Thread是繼承，而Runnalbe、Callable是實(shí)現(xiàn)。對(duì)于繼承來(lái)說(shuō)，只能單繼承，而接口可以多實(shí)現(xiàn)。如果繼承了 Thread類就無(wú)法再繼承其他類了。 三者都是最后采用Thread.start()去啟動(dòng)線程，而不是調(diào)用run方法，或者call方法的。 Runnable接口 run 方法無(wú)返回值；Callable接口 call 方法有返回值。 Runnable 接口 run 方法只能拋出運(yùn)行時(shí)異常，且無(wú)法捕獲處理；Callable 接口 call 方法允許拋出異常，可以獲取異常信息 使用實(shí)現(xiàn) Runnable接口的方式創(chuàng)建的線程可以處理同一資源，而實(shí)現(xiàn)資源的共享，還可以繼承其他類。4. 昨天你講到創(chuàng)建線程后使用start方法去調(diào)用線程，為什么run方法不行呢？有什么區(qū)別？我們先來(lái)看看代碼吧。
public class ThreadDemo { public static void main(String[] args) {MyThread myThread = new MyThread();MyThread myThead2 = new MyThread();//myThread.start();//myThead2.start();myThread.run();myThead2.run(); }}class MyThread extends Thread { @Override public void run() {for (int i = 0; i < 6; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ' :' + i); try {sleep(100); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace(); }} }}
這里我們創(chuàng)建了MyThread繼承了Thread類，這種方法是一種可以創(chuàng)建線程的方式。接著我們?cè)趍ain方法中創(chuàng)建了兩個(gè)線程，都調(diào)用了start方法和run方法。讓我們先看看結(jié)果吧！
// 注釋掉兩個(gè)run方法 開(kāi)啟start方法得到的結(jié)果Thread-0 :0Thread-1 :0Thread-1 :1Thread-0 :1Thread-1 :2Thread-0 :2Thread-1 :3Thread-0 :3Thread-1 :4Thread-0 :4Thread-1 :5Thread-0 :5
// 注釋掉兩個(gè)start方法 開(kāi)啟run方法得到的結(jié)果main :0main :1main :2main :3main :4main :5main :0main :1main :2main :3main :4main :5
接下來(lái)我們講一下：
1.start方法的作用：
啟動(dòng)線程，相當(dāng)于開(kāi)啟一個(gè)線程調(diào)用我們重寫的run方法里面的邏輯，此時(shí)相當(dāng)于有兩個(gè)線程，一個(gè)main的主線程和開(kāi)啟的子線程。可以看到我們的代碼，相當(dāng)于有三個(gè)線程，一個(gè)主線程、一個(gè)Thread-0線程和一個(gè)Thread-1線程。并且線程之間是沒(méi)有順序的，他們是搶占cpu的資源來(lái)回切換的。
2.run方法的作用：
執(zhí)行線程的運(yùn)行時(shí)代碼，相當(dāng)于我們只是單純的調(diào)用一個(gè)普通方法。然后通過(guò)主線程的順序調(diào)用的方式，從myThread調(diào)用run方法結(jié)束后到myThread2去調(diào)用run方法結(jié)束，并且我們也可以看到我們控制臺(tái)中的線程名字就是main主線程。
3.run方法我們可以重復(fù)調(diào)用，而start方法在一個(gè)線程中只能調(diào)用一次。即myThread這個(gè)實(shí)例對(duì)象只能調(diào)用一次start方法，如果再調(diào)用一次start方法的話，就會(huì)拋出IllegalThreadStateException 的異常。
4.我們調(diào)用start方法算是真正意義上的多線程，因?yàn)樗穷~外開(kāi)啟一個(gè)子線程去調(diào)用我們的run方法了。如果我們是調(diào)用run方法，就需要等待上一次的run方法執(zhí)行完畢才能調(diào)用下一次。所以我們要調(diào)用start方法充分揮多核CPU的優(yōu)勢(shì)，采用多線程的方式去同時(shí)完成幾件事情而不互相干擾。
5. 你知道你開(kāi)啟一個(gè)線程后，它的狀態(tài)有那些嗎？我們可以通過(guò)查看Thread的源碼中State枚舉發(fā)現(xiàn)有6個(gè)狀態(tài)：
public enum State {/** * Thread state for a thread which has not yet started. */NEW,/** * Thread state for a runnable thread. A thread in the runnable * state is executing in the Java virtual machine but it may * be waiting for other resources from the operating system * such as processor. */RUNNABLE,/** * Thread state for a thread blocked waiting for a monitor lock. * A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock * to enter a synchronized block/method or * reenter a synchronized block/method after calling * {@link Object#wait() Object.wait}. */BLOCKED,/** * Thread state for a waiting thread. * A thread is in the waiting state due to calling one of the * following methods: * <ul> * <li>{@link Object#wait() Object.wait} with no timeout</li> * <li>{@link #join() Thread.join} with no timeout</li> * <li>{@link LockSupport#park() LockSupport.park}</li> * </ul> * * <p>A thread in the waiting state is waiting for another thread to * perform a particular action. * * For example, a thread that has called <tt>Object.wait()</tt> * on an object is waiting for another thread to call * <tt>Object.notify()</tt> or <tt>Object.notifyAll()</tt> on * that object. A thread that has called <tt>Thread.join()</tt> * is waiting for a specified thread to terminate. */WAITING,/** * Thread state for a waiting thread with a specified waiting time. * A thread is in the timed waiting state due to calling one of * the following methods with a specified positive waiting time: * <ul> * <li>{@link #sleep Thread.sleep}</li> * <li>{@link Object#wait(long) Object.wait} with timeout</li> * <li>{@link #join(long) Thread.join} with timeout</li> * <li>{@link LockSupport#parkNanos LockSupport.parkNanos}</li> * <li>{@link LockSupport#parkUntil LockSupport.parkUntil}</li> * </ul> */TIMED_WAITING,/** * Thread state for a terminated thread. * The thread has completed execution. */TERMINATED; }
接下來(lái)我們具體來(lái)說(shuō)說(shuō)吧：
NEW(新建)
線程剛被創(chuàng)建，還只是一個(gè)實(shí)例對(duì)象，并未調(diào)用start方法啟動(dòng)。。MyThread myThread = new MyThread只有線程對(duì)象，沒(méi)有線程特征。
Runnable(可運(yùn)行)
在創(chuàng)建對(duì)象對(duì)象完成后，調(diào)用了myThread.start()方法線程，可以在Java虛擬機(jī)中運(yùn)行的狀態(tài)，可能正在運(yùn)行自己代碼，也可能沒(méi)有，這取決于操作系統(tǒng)處理器。也可以叫做處于就緒狀態(tài)，需要等待被線程調(diào)度選中，獲取cpu資源的使用權(quán)。
Teminated(被終止)
因?yàn)閞un方法正常退出而死亡，或者因?yàn)闆](méi)有捕獲的異常終止了run方法而死亡。代表著此線程的生命周期結(jié)束了。
處于運(yùn)行狀態(tài)中的線程由于某種原因，暫時(shí)放棄對(duì) CPU的使用權(quán)，停止執(zhí)行，此時(shí)進(jìn)入阻塞狀態(tài)，直到其進(jìn)入到就緒狀態(tài)，才 有機(jī)會(huì)再次被 CPU 調(diào)用以進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)。有以下三種相關(guān)阻塞狀態(tài)：
Blocked(鎖阻塞)
當(dāng)一個(gè)線程試圖獲取一個(gè)對(duì)象鎖如（Synchronzied或Lock），而該對(duì)象鎖被其他的線程持有，則該線程進(jìn)入Blocked狀態(tài)；只有當(dāng)該線程持有鎖時(shí)，該線程將變成Runnable狀態(tài)。
Waiting(無(wú)限等待)
在調(diào)用了wait方法，JVM會(huì)把該線程放入等待隊(duì)列中，等待另一個(gè)線程執(zhí)行一個(gè)（喚醒），該線程此時(shí)狀態(tài)表示進(jìn)入Waiting狀態(tài)。進(jìn)入這個(gè)狀態(tài)后是不能自動(dòng)喚醒的，必須等待另一個(gè)線程調(diào)用notify或者notifyAll方法才能夠喚醒。
TimedWaiting(計(jì)時(shí)等待)
同waiting狀態(tài)一樣，調(diào)用sleep方法或者其他超時(shí)方法時(shí)，他們將進(jìn)入Timed Waiting狀態(tài)。不過(guò)這一狀態(tài)只需保持到超時(shí)期滿或者接收到喚醒通知。
sleep和wait方法他們都是可以暫停當(dāng)前線程的執(zhí)行，進(jìn)入一個(gè)阻塞狀態(tài)。
sleep：
我們可以指定睡眠時(shí)間，即讓程序暫停指定時(shí)間運(yùn)行，時(shí)間到了會(huì)繼續(xù)執(zhí)行代碼，如果時(shí)間未到我們想要換醒需要調(diào)用interrupt 方法來(lái)隨時(shí)喚醒即可。而調(diào)用interrupt 會(huì)使得sleep()方法拋出InterruptedException 異常，當(dāng)sleep()方法拋出異常我們就中斷了sleep的方法，從而讓程序繼續(xù)運(yùn)行下去。
wait：
調(diào)用該方法，可以導(dǎo)致線程進(jìn)入等待阻塞狀態(tài)，會(huì)一直等待直到它被其他線程通過(guò)notify或者notifyAll方法喚醒。或者也可以使用wait(long timeout)表示時(shí)間到了自動(dòng)執(zhí)行，類似于sleep(long millis)。
notify()：該方法會(huì)隨機(jī)選擇一個(gè)在該對(duì)象上調(diào)用wait方法的線程，解除其阻塞狀態(tài)。
notifyAll()：該方法會(huì)喚醒所有的wait對(duì)象。
兩者的區(qū)別：
兩者所屬的類不同：sleep是 Thread線程類的靜態(tài)方法；而wait是 Object類的方法。 兩者是否是否鎖呢：sleep不釋放鎖；wait釋放鎖。 兩者所使用的場(chǎng)景：sleep可以在任何需要的場(chǎng)景下調(diào)用；而wait必須使用在同步代碼塊或者同步方法中。 兩者不同喚醒機(jī)制：sleep方法執(zhí)行睡眠時(shí)間完成后，線程會(huì)自動(dòng)蘇醒；而wait方法被調(diào)用后，線程不會(huì)自動(dòng)蘇醒，需要?jiǎng)e的線程調(diào)用同一個(gè)對(duì)象上的 notify或者 notifyAll方法，或者可以使用wait(long timeout)超時(shí)后線程會(huì)自動(dòng)蘇醒。總結(jié):這篇文章就到這里了，如果這篇文章對(duì)你也有所幫助，希望您能多多關(guān)注好吧啦網(wǎng)的更多內(nèi)容！
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