Java面试题-线程

Java面试题-线程
1、创建线程的方式及实现

Java中创建线程有4种方式：
1. 继承Thread类，重写run()
2. 实现Runnable接口，重写run()
3. 实现Callable接口，重写call()
4. 通过线程池
1. 继承Thread类

继承Thread类，重写run()接口。
```
/*类继承*/
class NewThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开启。。。");
    }
}

public static void main(String[] args) {
  //类继承调用
  NewThread newThread = new NewThread();
  newThread.start();

  //匿名内部类
  new Thread(()->{
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开启。。。");
  }).start();
}
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2. 实现Runnable接口

实现Runnable接口，重写run()。（Java不可多继承）
```
//实现Runnable接口
class NewRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开启。。。");
    }
}


public static void main(String[] args) {
	NewRunnable newRunnable = new NewRunnable();
  new Thread(newRunnable).start();
  
  //匿名内部类
  new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开启。。。");
    }
  }).start();
}


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3. 实现Callable接口

实现Callable接口，重写call()方法，任务交由FutureTask，由线程处理，能够支持返回值。
```
//这里Callable<T> 决定返回值类型
class NewCallable implements Callable<String>{
    @Override
    public String call() throws Exception {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程开启。。。");
        return Thread.currentThread().getName();
    }
}

public static void main(String[] args) {
  NewCallable newCallable = new NewCallable();
  FutureTask<String> task = new FutureTask<>(newCallable);
  Thread thread = new Thread(task);
  thread.start();
  try {
    System.out.println("获取task返回值："+task.get());
  } catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
  }
}
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4. 通过线程池

Executors.newXXXXXPool()其底层都是通过ThreadPoolExecutor进行创建，根据《阿里巴巴Java开发手册》，推荐使用自定义ThreadPoolExecutor能够对线程池更深入的把控。

更详细关于线程池内容直接看：ThreadPoolExecutor线程池详解与使用
```
private static ExecutorService threadPoolExecutor = Executors.newFixedThreadPool(5);

public static void main(String[] args) {
  threadPoolExecutor.execute(()->{
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"启动了。。。");
  });
}
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2、sleep()、join()、yield()的区别
- sleep()
  
  使当前执行的线程休眠，但不会释放锁。先进入阻塞态，待休眠时间结束后，后转入就绪态等待执行机会。
```
//休眠5秒
Thread.sleep(5000);
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```
- join()
  
  非静态方法，让一个线程等待另外一个线程完成才继续执行。
```
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  //线程a睡眠2秒
  Thread a = new Thread(() -> {
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行中");
    try {
      Thread.sleep(2000);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"阻塞结束");
  },"a");
	//启动线程
  a.start();
  //main线程阻塞，等待a线程处理完成
  a.join();
  System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"结束");
}


//输出结果如下：
//a执行中
//a阻塞结束
//main结束
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- yield()
  
  当一个线程使用了这个方法之后，它就会把自己CPU执行的时间让掉，让自己或者其它的线程运行，注意是让自己或者其他线程运行，并不是单纯的让给其他线程。yield()的作用是让步。它能让当前线程由“运行状态”进入到“就绪状态”，从而让其它具有相同优先级的等待线程获取执行权；但是，并不能保证在当前线程调用yield()之后，其它具有相同优先级的线程就一定能获得执行权；也有可能是当前线程又进入到“运行状态”继续运行！
3、说说CountDownLatch原理
- CountDownLatch应用场景：在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待，直到其他线程操作完成。
- 基于AQS的共享模式。AQS简介
- 常用方法：
  - countDown():计数器减1
  - await():直到计数器为0时，线程继续执行，否则是被阻塞状态。
  - await(long timeout, TimeUnit unit):直到计数器为0或超过指定时间内，线程继续执行，否则是被阻塞状态。
- 实现原理：
  - 内部类Sync继承AbstractQueuedSynchronizer，维护volatile修饰的全局变量state。
  - final修饰的Sync类。
  - 创建CountDownLatch()对象时，调用new Sync(count)初始化Sync类，调用AbstractQueuedSynchronizer的setState(newState)方法，赋值全局变量state
  - 调用countDown()方法时，调用AbstractQueuedSynchronizer的sync.releaseShared(1)方法。
    
    tryReleaseShared(releases)通过for循环配合CAS尝试进行-1操作，当执行完成返回nextc == 0；当执行完成结果为0返回true（为0代表计数器结束），否则返回false。
    根据tryReleaseShared(releases)结果，若为true，则进入doReleaseShared()，返回true;否则返回false。
  - 调用await()方法时，调用sync.acquireSharedInterruptibly(1);
    如果线程中断，抛出InterruptedException()异常
    否则进入tryAcquireShared()方法，尝试获取state值，如果为0则返回1；否则返回-1。
    当返回值小于0时，进入doAcquireSharedInterruptibly()方法，阻塞当前线程。
4、说说CyclicBarrier原理

CyclicBarrier的应用场景为：实现一组线程相互等待，当所有线程都达到某个屏障点后再进行后续操作。

似乎和CountDownLatch差不多？

这个疑问在我一开始理解他的概念时就冒出来了，后来随着深入学习，发现他与CountDownLatch的使用区别在于：CyclicBarrier可以实现循环拦截。

CyclicBarrier是基于ReentrantLock与Condition组合使用。

CyclicBarrier原理

线程调用await()，告诉CyclicBarrier到达屏障，然后线程阻塞；等到所有线程达到屏障count==0，结束阻塞，继续线程后续逻辑。await()核心调用dowait()方法。
- dowait()方法
  1. ReentrantLock加锁
  2. 如果当前屏障被打破，抛出BrokenBarrierException()异常
  3. 如果当前线程被中断，将当前屏障打破（generation.broken = true;）；当前剩余需要拦截到数量置为拦截的总数量（count = parties;）；唤醒所有等待的线程；抛出InterruptedException()异常
  4. 当前线程未被中断，内部计数器-1。int index = --count;
  5. 如果内部计数器为0，则说明为最后一个线程到达屏障
    如有指定执行的任务（构造函数中第二参数所传的任务），则执行指定任务。
    唤醒所有线程，重置参数（计数器、栅栏下一代），new generation任务。
    1执行失败，执行：当前屏障打破（generation.broken = true;）；当前剩余需要拦截到数量置为拦截的总数量（count = parties;）；唤醒所有等待的线程
    返回0。
  6. 不为最后一个线程到达屏障，进入代码循环块
    是否有指定等待时间，如有则继续进入trip.await()；否则进入nanos = trip.awaitNanos(nanos);,返回剩余时间
    1抛出异常，则判断屏障是否被打破
    打破：当前屏障打破（generation.broken = true;）；当前剩余需要拦截到数量置为拦截的总数量（count = parties;）；唤醒所有等待的线程；抛出异常
    未被打破：当前线程挂起Thread.currentThread().interrupt();
    
    当有线程被唤醒，且屏障被打破，抛出BrokenBarrierException()异常
    通过g != generation判断说明已换代，返回index= --count`
    timed && nanos <= 0L说明线程超时，则：当前屏障打破（generation.broken = true;）；当前剩余需要拦截到数量置为拦截的总数量（count = parties;）；唤醒所有等待的线程；抛出TimeoutException
    关闭1的Reentrant锁
CyclicBarrier原理

 5、说说Semaphore原理

Semaphore可以控制同时访问共享资源的线程个数，线程通过 acquire方法获取一个信号量，信号量减一，如果没有就等待；通过release方法释放一个信号量，信号量加一。它通过控制信号量的总数量，以及每个线程所需获取的信号量数量，进而控制多个线程对共享资源访问的并发度，以保证合理的使用共享资源。相比synchronized和独占锁一次只能允许一个线程访问共享资源，功能更加强大

深入理解Semaphore原理

 6、说说Exchanger原理

Exchanger（交换者）是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点两个线程可以交换彼此的数据。这两个线程通过exchange方法交换数据，如果第一个线程先执行exchange方法，它会一直等待第二个线程也执行exchange，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方。

因此使用Exchanger的重点是成对的线程使用exchange()方法，当有一对线程达到了同步点，就会进行交换数据。因此该工具类的线程对象是成对的。 Exchanger类提供了两个方法，String exchange(V x):用于交换，启动交换并等待另一个线程调用exchange；String exchange(V x,long timeout,TimeUnit unit)：用于交换，启动交换并等待另一个线程调用exchange，并且设置最大等待时间，当等待时间超过timeout便停止等待。

Exchanger的工作原理及实例

 7、说说CountDownLatch与CyclicBarrier区别

这两个类都可以实现一组线程达到某个条件之前进行等待，内部都有计数器，当计数器为0时被阻塞的线程会被唤醒。

区别：
- 计数器控制权限：CyclicBarrier计数器由await()方法控制，CountDownLatch计数器由countDown()方法控制。
- 拦截次数：CyclicBarrier可以实现循环拦截，CountDownLatch则只能拦截一轮。
8、ThreadLocal原理分析

ThreadLocal用于线程间的数据隔离，为每一个线程都提供了数据副本，使得不同线程访问的数据不是同一个对象！！！

每个Thread对象都有一个ThreadLocalMap，当创建一个ThreadLocal的时候，就会将该ThreadLocal对象添加到该Map中，其中键就是ThreadLocal，值可以是任意类型。

ThreadLocal原理详解——终于弄明白了ThreadLocal

ThreadLocal原理详解

 9、讲讲线程池的实现原理

预先启动一些线程，线程无限循环从任务队列中获取一个任务进行执行，直到线程池被关闭。如果某个线程因为执行某个任务发生异常而终止，那么重新创建一个新的线程而已，如此反复。

线程池的实现原理

 10、线程池的几种方式

根据《阿里巴巴Java开发手册》，推荐使用第7种方式。

1、 newSingleThreadExecutor()：它的特点在于工作线程数目被限制为 1，操作一个无界的工作队列，所以它保证了所有任务的都是被顺序执行，最多会有一个任务处于活动状态，并且不允许使用者改动线程池实例，因此可以避免其改变线程数目；
2、 newCachedThreadPool()：它是一种用来处理大量短时间工作任务的线程池，具有几个鲜明特点：它会试图缓存线程并重用，当无缓存线程可用时，就会创建新的工作线程；如果线程闲置的时间超过 60 秒，则被终止并移出缓存；长时间闲置时，这种线程池，不会消耗什么资源。其内部使用 SynchronousQueue 作为工作队列；
3、 newFixedThreadPool(int nThreads)：重用指定数目（nThreads）的线程，其背后使用的是无界的工作队列，任何时候最多有 nThreads 个工作线程是活动的。这意味着，如果任务数量超过了活动队列数目，将在工作队列中等待空闲线程出现；如果有工作线程退出，将会有新的工作线程被创建，以补足指定的数目 nThreads；
4、newSingleThreadScheduledExecutor()：创建单线程池，返回 ScheduledExecutorService，可以进行定时或周期性的工作调度；
5、newScheduledThreadPool(int corePoolSize)：和newSingleThreadScheduledExecutor()类似，创建的是个ScheduledExecutorService，可以进行定时或周期性的工作调度，区别在于单一工作线程还是多个工作线程；
6、newWorkStealingPool(int parallelism)：这是一个经常被人忽略的线程池，Java 8 才加入这个创建方法，其内部会构建ForkJoinPool，利用Work-Stealing算法，并行地处理任务，不保证处理顺序；
7、ThreadPoolExecutor()：是最原始的线程池创建，上面创建方式都是对ThreadPoolExecutor的封装。

ThreadPoolExecutor线程池详解与使用

 11、线程的生命周期

线程的生命周期分为5个阶段：
- 新建（New）：创建一个线程对象后，该线程就处于新建状态。
- 就绪（Runnable）：调用start()方法后，该线程就处于就绪状态。
- 运行（Running）：获得CPU使用权，执行run()方法，系统分配时间内线程都是运行状态。
- 阻塞（Blocked）：在某些情况下（如获取同步对象，同步对象被其他线程持有），会让出CPU使用权并暂时中止任务的执行。直到情况消除，进入就绪状态，等待CPU分配时间。
- 死亡（Terminated）：线程调用stop()或run()方法执行完成，或抛出异常或错误，线程进入死亡状态，不会再转入其他状态。
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原文地址：https://blog.csdn.net/qq_36986510/article/details/125559799

1、创建线程的方式及实现

1. 继承Thread类

2. 实现Runnable接口

3. 实现Callable接口

4. 通过线程池

2、sleep()、join()、yield()的区别

3、说说CountDownLatch原理

4、说说CyclicBarrier原理

5、说说Semaphore原理

6、说说Exchanger原理

7、说说CountDownLatch与CyclicBarrier区别

8、ThreadLocal原理分析

9、讲讲线程池的实现原理

10、线程池的几种方式

11、线程的生命周期