Java多线程

多线程

2020-03-04  本文已影响0人  编程的猫

阅读参考了以下博文，在此感谢分享：

https://www.jianshu.com/p/d82238a96064
https://blog.csdn.net/ldhj1993/article/details/72666867

摘录自他人博文，以及插入宜些自己的理解：

同步和异步
同步类似于串行执行，等待某一个任务执行完，其他任务才会继续执行。异步类似于并行，一个任务在执行的同时，其他任务也可以同步进行

进程是一个独立的运行环境，线程在进程中执行任务，线程是最小的调度执行单位。线程是进程的子集，一个进程中可以有多条线程。
线程池的大小：线程池里边定义多少线程合适？

答：
简单来说，就是硬盘内存和CPU相对而言，此时谁主要在运作，两者的效率负载和效能的高低。

Android创建线程池时，计算合适线程数：

//参数初始化
//CPU核数
private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
//核心线程数量大小
private static final int corePoolSize = Math.max(2, Math.min(CPU_COUNT - 1, 4));
//线程池最大容纳线程数
private static final int maximumPoolSize = CPU_COUNT * 2 + 1;
//线程空闲后的存活时长
private static final int keepAliveTime = 30;

//任务过多后，存储任务的一个阻塞队列
BlockingQueue<Runnable>  workQueue = new SynchronousQueue<>();

//线程的创建工厂
ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactory() {
    private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);

    public Thread newThread(Runnable r) {
        return new Thread(r, "AdvacnedAsyncTask #" + mCount.getAndIncrement());
    }
};

//线程池任务满载后采取的任务拒绝策略
RejectedExecutionHandler rejectHandler = new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy();

//线程池对象，创建线程
ThreadPoolExecutor mExecute = new ThreadPoolExecutor(
        corePoolSize, 
        maximumPoolSize,
        keepAliveTime,
        TimeUnit.SECONDS,
        workQueue,
        threadFactory, 
        rejectHandler
);

进程与进程之间使用不同的内存空间。同一进程的线程之间使用的是同一内存空间，而每条线程有独立的栈内存用来存储当前线程的本地数据。

多线程编程的好处是什么？缺点（注意事项）

答：多线程并发执行任务可以提高程序的效率。带来的负面影响是需要注意多线程并发异步执行可能会导致数据安全问题

Java中如何实现多线程？

答：1.自定义类集成Thread类
2.实现Runnable接口

用户线程和守护线程有什么区别？

答：
当我们在Java程序中创建一个线程，它就被称为用户线程。一个守护线程是在后台执行并且不会阻止JVM终止的线程。当没有用户线程在运行的时候，JVM关闭程序并且退出。一个守护线程创建的子线程依然是守护线程。

如何创建守护线程？

答：使用Thread类的setDaemon(true)方法可以将线程设置为守护线程，需要注意的是，需要在调用start()方法前调用这个方法，否则会抛出IllegalThreadStateException异常。

线程的优先级

答：每一个线程都是有优先级的，一般来说，高优先级的线程在运行时会具有优先权，但这依赖于线程调度的实现。我们可以定义线程的优先级，但是这并不能保证高优先级的线程会在低优先级的线程前执行。线程优先级是一个int变量(从1-10)，1代表最低优先级，10代表最高优先级。（默认为5）
可以通过setPriority设置优先级

    public final void setPriority(int i)
    {
        checkAccess();
        if(i > 10 || i < 1)
            throw new IllegalArgumentException();
        ThreadGroup threadgroup;
        if((threadgroup = getThreadGroup()) != null)
        {
            if(i > threadgroup.getMaxPriority())
                i = threadgroup.getMaxPriority();
            setPriority0(priority = i);
        }
    }

在多线程中，什么是上下文切换(context-switching)？

答：上下文切换是存储和恢复CPU状态的过程，它使得线程执行能够从中断点恢复执行。上下文切换是多任务操作系统和多线程环境的基本特征。

启动一个线程是调用run()还是start()方法？

答：启动一个线程是调用start()方法，使线程所代表的虚拟处理机处于可运行状态，这意味着它可以由JVM 调度并执行，这并不意味着线程就会立即运行。run()方法是线程启动后要进行回调（callback）的方法。

Thread类的sleep()方法和对象的wait()方法都可以让线程暂停执行，它们有什么区别?

答：

简单而言：sleep只是让线程等待会在执行，wait是取消当前的执行状态，退回等待区，等待调度才会恢复执行状态

线程的sleep()方法和yield()方法有什么区别？

答：

你如何确保main()方法所在的线程是Java程序最后结束的线程？

答：我们可以使用Thread类的joint()方法来确保所有程序创建的线程在main()方法退出前结束。这里有一篇文章关于Thread类的joint()方法。

什么是线程调度器(Thread Scheduler)和时间分片(Time Slicing)？

答：线程调度器是一个操作系统服务，它负责为Runnable状态的线程分配CPU时间。一旦我们创建一个线程并启动它，它的执行便依赖于线程调度器的实现。时间分片是指将可用的CPU时间分配给可用的Runnable线程的过程。分配CPU时间可以基于线程优先级或者线程等待的时间。线程调度并不受到Java虚拟机控制，所以由应用程序来控制它是更好的选择（也就是说不要让你的程序依赖于线程的优先级）。

请说出与线程同步以及线程调度相关的方法。

答：

线程之间是如何通信的？

答：当线程间是可以共享资源时，线程间通信是协调它们的重要的手段。Object类中wait()\notify()\notifyAll()方法可以用于线程间通信关于资源的锁的状态。点击这里有更多关于线程wait, notify和notifyAll.

线程B需要等待线程A执行完了methodA()方法之后，它才能执行methodB()方法。这样，线程A和线程B就实现了 通信。

这种方式，本质上就是“共享内存”式的通信。多个线程需要访问同一个共享变量，谁拿到了锁（获得了访问权限），谁就可以执行。

为什么线程通信的方法wait(), notify()和notifyAll()被定义在Object类里？

答：Java的每个对象中都有一个锁(monitor，也可以成为监视器) 并且wait()，notify()等方法用于等待对象的锁或者通知其他线程对象的监视器可用。在Java的线程中并没有可供任何对象使用的锁和同步器。这就是为什么这些方法是Object类的一部分，这样Java的每一个类都有用于线程间通信的基本方法

为什么wait(), notify()和notifyAll()必须在同步方法或者同步块中被调用？

答：当一个线程需要调用对象的wait()方法的时候，这个线程必须拥有该对象的锁，接着它就会释放这个对象锁并进入等待状态直到其他线程调用这个对象上的notify()方法。同样的，当一个线程需要调用对象的notify()方法时，它会释放这个对象的锁，以便其他在等待的线程就可以得到这个对象锁。由于所有的这些方法都需要线程持有对象的锁，这样就只能通过同步来实现，所以他们只能在同步方法或者同步块中被调用。

为什么Thread类的sleep()和yield()方法是静态的？

答：Thread类的sleep()和yield()方法将在当前正在执行的线程上运行。所以在其他处于等待状态的线程上调用这些方法是没有意义的。这就是为什么这些方法是静态的。它们可以在当前正在执行的线程中工作，并避免程序员错误的认为可以在其他非运行线程调用这些方法。

如何确保线程安全？

答：在Java中可以有很多方法来保证线程安全——同步，使用原子类(atomic concurrent classes)，实现并发锁，使用volatile关键字，使用不变类和线程安全类。在线程安全教程中，你可以学到更多。

同步方法和同步块，哪个是更好的选择？

答：同步块是更好的选择，因为它不会锁住整个对象（当然你也可以让它锁住整个对象）。同步方法会锁住整个对象，哪怕这个类中有多个不相关联的同步块，这通常会导致他们停止执行并需要等待获得这个对象上的锁。

什么是ThreadLocal?

答：ThreadLocal用于创建线程的本地变量，我们知道一个对象的所有线程会共享它的全局变量，所以这些变量不是线程安全的，我们可以使用同步技术。但是当我们不想使用同步的时候，我们可以选择ThreadLocal变量。

ThreadLocal内维护了一个ThreadLocalMap，ThreadLocalMap中存了很多数组对应每个线程本地的数据。（“ThreadLocal相当于维护了一个map，key就是当前的线程id，value就是需要存储的对象。” 这里的key应该是threadlocal的实例）

什么是Thread Group？为什么不建议使用它？

答：
ThreadGroup是一个类，它的目的是提供关于线程组的信息。

ThreadGroup API比较薄弱，它并没有比Thread提供了更多的功能。它有两个主要的功能：一是获取线程组中处于活跃状态线程的列表；二是为线程设置未捕获异常处理器(ncaught exception handler)。但在Java 1.5中Thread类也添加了setUncaughtExceptionHandler(UncaughtExceptionHandler eh) 方法，所以ThreadGroup是已经过时的，不建议继续使用。

什么是Java线程转储(Thread Dump)，如何得到它？

答：线程转储是一个JVM活动线程的列表，它对于分析系统瓶颈和死锁非常有用。有很多方法可以获取线程转储——使用Profiler，Kill -3命令，jstack工具等等。我更喜欢jstack工具，因为它容易使用并且是JDK自带的。由于它是一个基于终端的工具，所以我们可以编写一些脚本去定时的产生线程转储以待分析。读这篇文档可以了解更多关于产生线程转储的知识

什么是死锁(Deadlock)？如何分析和避免死锁？

答：死锁是指两个以上的线程永远阻塞的情况，这种情况产生至少需要两个以上的线程和两个以上的资源。

分析死锁，我们需要查看Java应用程序的线程转储。我们需要找出那些状态为BLOCKED的线程和他们等待的资源。每个资源都有一个唯一的id，用这个id我们可以找出哪些线程已经拥有了它的对象锁。

避免嵌套锁，只在需要的地方使用锁和避免无限期等待是避免死锁的通常办法，阅读这篇文章去学习如何分析死锁。

什么是Java Timer类？如何创建一个有特定时间间隔的任务？

答：java.util.Timer是一个工具类，可以用于安排一个线程在未来的某个特定时间执行。Timer类可以用安排一次性任务或者周期任务。

java.util.TimerTask是一个实现了Runnable接口的抽象类，我们需要去继承这个类来创建我们自己的定时任务并使用Timer去安排它的执行。

什么是线程池？如何创建一个Java线程池？

答：一个线程池管理了一组工作线程，同时它还包括了一个用于放置等待执行的任务的队列。

java.util.concurrent.Executors提供了一个 java.util.concurrent.Executor接口的实现用于创建线程池。线程池例子展现了如何创建和使用线程池，或者阅读ScheduledThreadPoolExecutor例子，了解如何创建一个周期任务。

Java并发面试问题

什么是原子操作？在Java Concurrency API中有哪些原子类(atomic classes)？

答：原子操作是指一个不受其他操作影响的操作任务单元。原子操作是在多线程环境下避免数据不一致必须的手段。

例如：int++并不是一个原子操作，所以当一个线程读取它的值并加1时，另外一个线程有可能会读到之前的值，这就会引发错误。

为了解决这个问题，必须保证增加操作是原子的，在JDK1.5之前我们可以使用同步技术来做到这一点。到JDK1.5，java.util.concurrent.atomic包提供了int和long类型的装类，它们可以自动的保证对于他们的操作是原子的并且不需要使用同步

Java Concurrency API中的Lock接口(Lock interface)是什么？对比同步它有什么优势？

答：Lock接口比同步方法和同步块提供了更具扩展性的锁操作。他们允许更灵活的结构，可以具有完全不同的性质，并且可以支持多个相关类的条件对象。

它的优势有：

可以使锁更公平
可以使线程在等待锁的时候响应中断
可以让线程尝试获取锁，并在无法获取锁的时候立即返回或者等待一段时间
可以在不同的范围，以不同的顺序获取和释放锁

什么是Executors框架？

答：Executor框架同java.util.concurrent.Executor 接口在Java 5中被引入。Executor框架是一个根据一组执行策略调用，调度，执行和控制的异步任务的框架。
无限制的创建线程会引起应用程序内存溢出。所以创建一个线程池是个更好的的解决方案，因为可以限制线程的数量并且可以回收再利用这些线程。利用Executors框架可以非常方便的创建一个线程池

什么是阻塞队列？如何使用阻塞队列来实现生产者-消费者模型？

答：java.util.concurrent.BlockingQueue的特性是：当队列是空的时，从队列中获取或删除元素的操作将会被阻塞，或者当队列是满时，往队列里添加元素的操作会被阻塞。
阻塞队列不接受空值，当你尝试向队列中添加空值的时候，它会抛出NullPointerException。
阻塞队列的实现都是线程安全的，所有的查询方法都是原子的并且使用了内部锁或者其他形式的并发控制。
BlockingQueue 接口是java collections框架的一部分，它主要用于实现生产者-消费者问题。

什么是Callable和Future?

答：Java 5在concurrency包中引入了java.util.concurrent.Callable 接口，它和Runnable接口很相似，但它可以返回一个对象或者抛出一个异常。

Callable接口使用泛型去定义它的返回类型。Executors类提供了一些有用的方法去在线程池中执行Callable内的任务。由于Callable任务是并行的，我们必须等待它返回的结果。java.util.concurrent.Future对象为我们解决了这个问题。在线程池提交Callable任务后返回了一个Future对象，使用它我们可以知道Callable任务的状态和得到Callable返回的执行结果。Future提供了get()方法让我们可以等待Callable结束并获取它的执行结果。

什么是FutureTask?

答：Java集合类都是快速失败的，这就意味着当集合被改变且一个线程在使用迭代器遍历集合的时候，迭代器的next()方法将抛出ConcurrentModificationException异常。

并发容器支持并发的遍历和并发的更新。

主要的类有ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList 和CopyOnWriteArraySet

Executors类是什么？

答：Executors为Executor，ExecutorService，ScheduledExecutorService，ThreadFactory和Callable类提供了一些工具方法。

Executors可以用于方便的创建线程池。

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