Java基础总结3-多线程

多线程

1、进程和线程

进程：正在进行的成序。每一个进程执行都有一个执行顺序，该顺序是一个执行路径，或者叫一个控制单元。

线程：进程内部的一条执行路径或者一个控制单元。

区别：一个进程至少有一个线程。  
在进程执行过程中拥有独立的内存单元，而线程共享内存。

2、jvm多线程的启动时多线程吗？

java的虚拟机jvm启动的是单线程，就有发生内存泄漏的可能，而我们使用java程序没有出现这样的问题，也就是jvm启动至少有两个线程，一个执行java程序，一个执行垃圾回收。所以是多线程的。

3、多线程的优缺点

优点：解决了多部分同事运行的问题，提高效率。  

缺点：线程太多会导致效率降低，因为线程的执行依靠的是CPU的来回切换。

4、多线程的概念

一个进程中有多个线程，称为多线程。

5、实现多线程的方法。

实现多线程可以通过继承Thread类和实现Runnable接口。

（1）继承Thread类

• 定义一个类继承Thread类。
  • 复写Thread类中的run()方法，将线程的任务代码封装到run方法中直接
• 直接创建Thread的子类对象，创建线程。
  • 调用start()方法，开启线程（调用线程的任务run方法）；

（2）实现Runnable接口；

• 方法一：
• 定义一个类，实现Runnable接口；
  • 覆盖接口的run()方法，将线程的任务代码封装到run()方法中;

• 方法二：
• 创建Runnable接口的子类对象
  • 将Runnable接口的子类对象作为参数传递给Thread类的构造函数，创建Thread类对象（原因：线程的任务都封装在Runnable接口子类对象的run()方法中，所以要在线程对象创建的时候就必须要运行的任务）。调用start()方法，启动线程；

两种方法的区别：

1. 实现Runnable接口避免了单继承的局限性
2. 继承Thread类线程代码存放在Thread子类的run()方法中，实现Runnable线程代码存放在run()方法中；

在定义线程时，建议使用实现Runnable接口，因为几乎所有的多线程都可以使用这种方式实现。

6、创建线程为什么要复写run()方法

Thread类用于描述线程。Thread类定义了一个功能，用于存储线程要运行的代码，该存储功能就是run()方法。

7、start()方法和run()方法有什么区别？

调用start()方法可启动线程，而run()方法只是thread的一个普通方法，调用run()方法不能实现多线程。
start()方法：
　　start()方法用来启动线程，实现了多线程运行，这时无需等待run()方法体代码执行完毕而直接继续执行下面的代码。

通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程，这时此线程就处于就绪（可运行）状态，并没有运行。

一旦得到cup时间片（执行权），就开始执行run()方法，这里的run()方法称为线程体

它包含了要执行的这个线程的内容，run()方法运行结束，此线程随即终止。

Run()方法：
　　run()方法只是Thread类的一个普通方法，如果直接调用Run方法，程序依然只有猪线程这一个线程，其程序路径还只有一条，还是要等待run()方法体执行完毕后才可以继续执行下面的代码，这样就没有达到多线程的目的。

8、多线程的几种状态

1. 新建：
   new一个Thread对象或者其子类对象就是创建一个线程，但一个线程对象被创建，但是没有开启，这个时候只是对象线程对象开辟了内存空间和初始化数据。

2. 就绪：
   在新建的对象调用start()方法，就开启了线程，线程就到了就绪状态。在这个状态的线程对象，具有执行资格，没有执行权。

3. 运行：
   当线程对象获取到了CPU资源。在这个状态的线程对象，既有执行资格，也有执行权。

4. 冻结：
   运行过程中的线程由于某些原因（比如wait，sleep），释放了执行资格和执行权。当然，他们可以回到运行状态。只不过，不是直接回到。而是先回到就绪状态。

5. 死亡：
   当线程对象调用的run()方法结束，或者直接调用stop方法，就让线程对象死亡，在内存中变成垃圾。

9、sleep()和wait()的区别

1. 折两个方法来自不同类，sleep()来自Thread类，wait()来自Object类。
2. sleep是Thread的静态类方法，谁调用的谁去睡觉，即使在a线程里调用了b的sleep方法，实际上还是a去睡觉。
   要让b线程睡觉要在b的代码中调用sleep。而wait()是Object类的非静态方法。
3. sleep()释放资源部释放锁，而wait()释放资源释放锁。
4. 使用范围：wait，notify和notifyAll只能在同步控制方法或者同步控制块里面使用，而sleep可以在任何地方使用。

10、多线程的安全问题

1. 原因：当程序的多条语句在操作线程共享数据时（如买票的例子中票就是共享资源），由于线程的随机性导致一个线程对多条语句，执行了一部分还没执行完，另一个线程抢夺到了CPU执行权参与进来执行，此时就导致共享数据发生错误。比如买票例子中打印重票的情况。
2. 解决方法：对多条操作共享数据的语句进行同步，一个线程在执行过程中其他线程不可以参与进来。

11、Java中多线程同步是什么？

同步是用来解决多线程的安全问题的，在多线程中，同步能控制对共享数据的访问。如果没有同步，但给一个线程在修改共享数据时，而另外一个线程正在使用或者更新同一个共享数据，这样容易导致程序错误的结果。

12、为什么锁？锁的特点是什么？

1. 锁就是对象。
2. 锁的作用是保证线程同步，解决线程安全问题。
3. 持有多的线程可以在同步中执行，没有锁的线程即使获得CPU的执行权，也进不去。

13、同步的前提

1. 必须保证有两个以上的线程。
2. 必须是多个线程使用同一个锁，即多条语句在操作线程共享数据。
3. 必须保证同步中只有一个线程运行。

14、同步的好处和弊端

• 好处：同步解决了多线程的安全问题。
• 弊端：多线程都需要判断锁，比较消耗资源。

15、同步的两种表现形式

1. 同步代码块：
   　　可以指定需要获取哪个对象的同步锁，使用synchronized的代码块同样需要锁，但他的锁可以是任意对象，考虑到安全问题，一般使用同一个对象，相对来说效率较高。

注意：
　 虽然同步代码块的锁可以使用任何对象，但是在进行多线程通信使用同步代码块时，必须保证同步代码块的锁和对象是否会报错。
　
　　同步函数的锁是this，也要保证同步函数的锁的对象和调用wait、notify和notifyAll的对象是同一个对象，也是就是this锁代表的对象。

格式：

        格式：
        synchronized(对象)
        {
            需同步的代码;
        }

2. 同步函数
   　　同步方法是指进入该方法时需要获取this对象的同步锁，在方法上使用synchronized关键字。
   　　使用this对象作为锁，也就是使用了当前对象，因为锁住了方法，所以相对于代码块来说，效率相对较低。
   　　注意：静态同步函数的锁是该方法所在的类的自己吗文件对象，及类名.class文件。
   　　格式：

        修饰词 synchronized 返回值类型 函数名(参数列表)
        {
            需同步的代码;
        }

注意：在jdk1.5以后，用lock锁渠道了synchronized，也就是对同步代码块做了修改，并没有提供同步方法的修改。

16、多线程的单例模式：保证某个类中内存中只有一个对象

1. 饿汉式：

        class Single
        {
            private Single(){}//将构造函数私有化，不让别的类建立该类对象
            private static final Single s=new Single();//自己建立一个对象
            public static Single getInstance()//提供一个公共访问方式
            {
                return s;
            }
        }

2. 懒汉式：

        class Single
        {
            private Single(){} 
            private static Single s;
            public static Single getInstance()
            {
                if(s==null)
                    s=new Single();
                return s;
            }
        }

饿汉式和懒汉式的区别：

1. 饿汉式是类一加载进内存就创建好了对象；
2. 懒汉式则是类加载进内存的时候，对象还没有存在，只调用了getInstance()方法，对象才开始创建。
3. 懒汉式是延迟加载，如果多个线程同时操作懒汉式时就有可能出现线程安全问题，解决线程安全问题可以加同步来解决。但是加了同步之后，每一次都要比较较锁，效率就慢了。所以加双重判断来提高效率。

如将懒汉式的Instance函数该成同步：

        public static Single getInstance()
        {
            if(s==null)
            {
                synchronized(Single.class)
                {
                    if(s==null) 
                        s=new Single();
                }
            }
            return s;
        }

17、死锁

两个线程对两个同步对象有循环依赖关系时，就会发生死锁。即同步嵌套同步，而锁却不同。

18、wait()、sleep()、notify()、notifyAll()；

wait():

使用一个线程处于等待状态，并且释放锁持有的对象的lock。

sleep():

使用在一个正在运行的线程处于睡眠状态，是一个静态方法，调用次方法要捕捉InterruptedException异常。

notify():

唤醒一个处于等待状态的线程，注意的是 在调用此方法的时候,并不能确切的唤醒某一个等待状态的线程,而是由jvm确定唤醒哪个线程(一般是最先开始等待的线程)，而不是按优先级。

Allnotity():

唤醒所有处于等待状态的线程，注意：并不是给所有唤醒线程一个对象锁，而是让它们竞争。

为什么wait()、notify()、notifyAll()这些用来操作线程的方式定义在Object类中？

1. 这些方法只存在于同步中。
2. 使用这些方法时必须要指定所属的锁，即被哪个锁调用这些方法。
3. 而锁可以是任意对象，所以任意对象调用的方法就定义在Object中。

19、多线程间通讯

定义：多线程间通讯就是多个线程在操作同一资源，但是操作的动作不同。

1. 为什么要通信
   1.1 多线程并发执行的时候，如果需要指定线程等待或者唤醒指定的线程，那么就需要通信。比如生产中消费者的问题，生产一个消费一个，生产的时候需要负责消费的进程等待，生产一个完成后需要唤醒负责消费的线程，同时让自己处于等待，消费的时候负责消费的线程被唤醒，消费完生产的产品后又将等待的生产线程唤醒，然后使自己线程处于等待。这样来回通信，所以要达到生产的一个目的。

2. 怎样通信
   2.1 在同步代码块中，使用锁对象的wait()方法可以让当前线程等待，知道有其他线程唤醒为止。
   2.3 使用锁对象的notify()方法可以唤醒一个等待的线程，或者notifyAll唤醒所有的等待线程。
   2.3 多线程间通信sleep很难实现，睡眠时间很难把握。

20、Lock 和 Condition

实现提供比synchronized方法和语句可以获得更广泛的锁操作，可支持多个相关的Condition对象。
　　Lock是个接口
　　锁是控制多个线程对共享数据进行访问的工具。

JDK1.5中提供了多线程的解决方案：
　　将同步synchonized替换成了现实的Lock操作，将Object中的wait、notify、notifyAll替换成了Condition。
　　该对象可以Lock锁进行获取。

Lock的方法摘要：

• void lock();获取锁。
• Condition newCondition()返回绑定到此Lock实例的新Condition实例。
• void unlock();释放锁。

Condition方法摘要：

• void await()；造成当前线程在接到信号或被中断之前一直处于等待状态。
• void signal();唤醒一个等待线程。
• void signalAll()；唤醒所有等待线程。

21、停止线程。

停止线程的方法只有一种，就是run方法结束。

1. 开启多线程运行，运行代码通常是循环体，只要控制住循环，就可以让run方法结束，也就是结束了线程。
2. 特殊情况：当线程属于冻结状态，就不会读取循环控制标记，则线程就不会结束。
3. 为了解决该特殊情况，可以引入Thread类中的Interrupt方法结束线程的冻结状态；当没有指定的方式让冻结线程恢复到运行状态时，需要对冻结进行清除，强制让线程恢复到运行状态。

22、interrupt：

void interrupt()中断线程：
　　中断线程状态被清除，它还将收到一个InterruptedException；

23、守护线程（后台线程）

setDaemon(boolean on):将该线程标记为守护线程或者用户线程。
　　当住线程结束，守护线程自动结束。
　　当正在运行的线程都是守护线程时，java虚拟机jvm退出；所以该方法必须在启动线程前调用。

守护线程的特点：
守护线程开启后和前台线程共同抢夺CPU的执行权，开启、运行两者都没区别，但结束时有区别，当所有前台线程都结束后，守护线程会自动结束。

22、多线程join方法

void join()等待线程终止；
void join(long millis);等待该线程终止的时间最长为millis毫秒。
throws InterruptedException；
特点：当A线程执行到B线程的join方法时，A就会等待B线程都执行完，A才会执行。
作用：join可以用来临时加入线程执行。

24、多线程优先级：yield()方法

yield()：暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。
setPriority(int newPriorigy):更改线程优先级。
int getPriority()：返回线程的优先级。
String toString():返回该线程的的字符串表示形式，包括线程名称、优先级和线程组。

1. MAX_PRIORITY:最高优先级（10级）
2. MIN_PRIORITY:最低优先级（1级）
3. MORM_PRIORITY:默认优先级(5级)

25、什么是ThreadLocal类，怎么使用它？

1. ThreadLocal类提供了线程局部（thread-local）变量。是一个线程级别的局部变量，并非“本地线程”。
2. ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供了一个独立的变量副本，每个线程修改副本时不影响其它线程对象的副本。

下面是线程局部变量（ThreadLocal variables）的关键点：

1. 一个线程局部变量（ThreadLocal variables）为每个线程方便提供了一个单独的变量。
2. ThreadLocal实例通常作为静态的私有的（private static）字段出现在一个类中，这个类用来关联一个线程。
3. 当多个线程访问ThreadLocal实例时，每个线程维护ThreadLocal提供独立的变量副本。
4. 常用的使用可在DAO模式中见到，当DAO类作为一个单例时，数据库链接（connection）被每一个线程独立的维护，不影响（基于线程的单例）。

26、什么时候抛出InvaliMonitorStateException异常，为什么？

调用wait()、notify()、notifyAll()时，由于该异常是RunntimeExcpetion的子类，所以该异常不一定要捕获。

27、在静态方法上使用同步会发生什么？

同步静态方法时会获取该类的“class”对象，所以当一个线程进入同步的静态方法中时，线程监视器获取类本身的对象锁，其他线程不能进入这个类的任何静态同步方法。它不像实例方法，因为多个线程可以同时访问不同实例同步实例方法。

28、当一个同步方法已经执行,线程能够调用对象上的非同步实力方法吗?

可以:一个非同步方法总是可以被调用而不会有任何问题.
实际上java没有为非同步方法做任何检查,所对象仅仅在同步方法或者同步代码块中检查.
如果一个方法没有声明为同步,即使你在使用共享数据java照样会调用,而不会做检查是否安全,所以在这种情况下要特别小心.一个方法是否声明为同步取决于临街区访问(critial sectionaccess),如果方法不访问临界区(共享资源或者数据结构)就没有必要声明为同步的.

29、在一个对象上两个线程可以调用两个不同的同步实例方法吗？

不能：因为一个对象已经同步了实例方法，线程获取了对象的对象锁。所以只有执行完成该方法释放对象锁后才能执行其他同步方法。

30、什么是线程饿死，什么是活锁？

1. 线程饿死和活锁虽然不像死锁一样是常见问题，但是对于并发编程的设计中来说就像一次邂逅一样。
2. 当所有线程阻塞，或者由于需要的资源无限而不能处理，不存在非阻塞线程时资源可用。
3. JavaAPI中线程活锁可能发生在一下情形：
   3.1 当所有线程在程序中执行Object。wait(0),参数为0的wait()方法。
   3.2 当程序发生活锁直到在相应的对象上有线程调用Object。notify()或Object.notifyAll().
   3.3 当所有线程卡在无限循环中。