18.为什么需要线程 + 面试题

2020-10-08 Java面试全解析 java, 面试 0 评论

为什么需要线程 + 面试题

线程介绍

线程（Thread）是程序运行的执行单元，依托于进程存在。一个进程中可以包含多个线程，多线程可以共享一块内存空间和一组系统资源，因此线程之间的切换更加节省资源、更加轻量化，因而也被称为轻量级的进程。

什么是进程

进程（Processes）是程序的一次动态执行，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统运行的基础，通常每一个进程都拥有自己独立的内存空间和系统资源。简单来说，进程可以被当做是一个正在运行的程序。

为什么需要线程

程序的运行必须依靠进程，进程的实际执行单元就是线程。

为什么需要多线程

多线程可以提高程序的执行性能。例如，有个 90 平方的房子，一个人打扫需要花费 30 分钟，三个人打扫就只需要 10 分钟，这三个人就是程序中的“多线程”。

线程使用

线程的创建，分为以下三种方式：

继承 Thread 类，重写 run 方法
实现 Runnable 接口，实现 run 方法
实现 Callable 接口，实现 call 方法

下面分别来看看线程创建和使用的具体代码。

1）继承 Thread 类

请参考以下代码：

class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        MyThread thread = new MyThread();
        thread.start();
    }
}
class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Thread");
    }
}

以上程序执行结果如下：

Thread

2）实现 Runnable 接口

请参考以下代码：

class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable runnable = new MyRunnable();
        new Thread(runnable).start();
    }
}
class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Runnable");
    }
}

以上程序执行结果如下：

Runnable

3）实现 Callable 接口

请参考以下代码：

class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        MyCallable callable = new MyCallable();
        // 定义返回结果
        FutureTask<String> result = new FutureTask(callable);
        // 执行程序
        new Thread(result).start();
        // 输出返回结果
        System.out.println(result.get());
    }
}
class MyCallable implements Callable {
    @Override
    public String call() {
        System.out.println("Callable");
        return "Success";
    }
}

以上程序执行结果如下：

Callable

Success

可以看出，Callable 的调用是可以有返回值的，它弥补了之前调用线程没有返回值的情况，它是随着 JDK 1.5 一起发布的。

4）JDK 8 创建线程

JDK 8 之后可以使用 Lambda 表达式很方便地创建线程，请参考以下代码：

1	new Thread(() -> System.out.println("Lambda Of Thread.")).start();

线程高级用法

线程等待

使用 wait() 方法实现线程等待，代码如下：

System.out.println(LocalDateTime.now());
Object lock = new Object();
Thread thread = new Thread(() -> {
    synchronized (lock){
        try {
            // 1 秒钟之后自动唤醒
            lock.wait(1000);
            System.out.println(LocalDateTime.now());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
});
thread.start();

以上程序执行结果如下：

2019-06-22T20:53:08.776

2019-06-22T20:53:09.788

注意：当使用 wait() 方法时，必须先持有当前对象的锁，否则会抛出异常 java.lang.IllegalMonitorStateException。

线程唤醒

使用 notify()/notifyAll() 方法唤醒线程。

notify() 方法随机唤醒对象的等待池中的一个线程；
notifyAll() 唤醒对象的等待池中的所有线程。

使用如下：

Object lock = new Object();
lock.wait();
lock.notify();
// lock.notifyAll();

线程休眠

1 2	// 休眠 1 秒 Thread.sleep(1000);

等待线程执行完成

Thread joinThread = new Thread(() -> {
    try {
        System.out.println("执行前");
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("执行后");
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
});
joinThread.start();
joinThread.join();
System.out.println("主程序");

以上程序执行结果：

执行前

执行后

主程序

yield 交出 CPU 执行权

new Thread(){
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i < 10; i++) {
            if (i == 5) {
                // 让同优先级的线程有执行的机会
                this.yield();
            }
        }
    }
}.start();

注意：yield 方法是让同优先级的线程有执行的机会，但不能保证自己会从正在运行的状态迅速转换到可运行的状态。

线程中断

使用 System.exit(0) 可以让整个程序退出；要中断单个线程，可配合 interrupt() 对线程进行“中断”。
使用代码如下：

Thread interruptThread = new Thread() {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
            System.out.println("i：" + i);
            if (this.isInterrupted()) {
                break;
            }
        }
    }
};
interruptThread.start();
Thread.sleep(10);
interruptThread.interrupt();

线程优先级

在 Java 语言中，每一个线程有一个优先级，默认情况下，一个线程继承它父类的优先级。可以使用 setPriority 方法设置（1-10）优先级，默认的优先级是 5，数字越大表示优先级越高，优先级越高的线程可能优先被执行的概率就越大。
设置优先级的代码如下：

1
2
3

Thread thread = new Thread(() -> System.out.println("Java"));
thread.setPriority(10);
thread.start();

死锁

死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。
比如，当线程 A 持有独占锁 a，并尝试去获取独占锁 b 的同时，线程 B 持有独占锁 b，并尝试获取独占锁 a 的情况下，就会发生 A B 两个线程由于互相持有对方需要的锁，而发生的阻塞现象，我们称为死锁。
死锁示意图如下所示：
enter image description here
死锁代码：

Object obj1 = new Object();
Object obj2 = new Object();
// 线程1拥有对象1，想要等待获取对象2
new Thread() {
    @Override
    public void run() {
        synchronized (obj1) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (obj2) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            }
        }
    }
}.start();
// 线程2拥有对象2，想要等待获取对象1
new Thread() {
    @Override
    public void run() {
        synchronized (obj2) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (obj1) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            }
        }
    }
}.start();

总结

程序的运行依靠的是进程，而进程的执行依靠的是多个线程，多线程之间可以共享一块内存和一组系统资源，而多进程间通常是相互独立的。线程的创建有三种方式：继承 Thread 重写 run 方法，实现 Runnable 或 Callable 接口，其中 Callable 可以允许线程的执行有返回值，JDK 8 中也可以使用 Lambda 来更加方便的使用线程，线程是有优先级的，优先级从 1-10 ，数字越大优先级越高，也越早被执行。如果两个线程各自拥有一把锁的同时，又同时等待获取对方的锁，就会造成死锁。可以降低锁的粒度或减少同步代码块的范围或使用 Java 提供的安全类，来防止死锁的产生。

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为什么需要线程

为什么需要多线程

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1）继承 Thread 类

2）实现 Runnable 接口

3）实现 Callable 接口

4）JDK 8 创建线程

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线程等待

线程唤醒

线程休眠

等待线程执行完成

yield 交出 CPU 执行权

线程中断

线程优先级

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