Java知识总结(三)—— 多线程
多线程
1、进程和线程
进程:正在进行的程序。每一个进程执行都有一个执行顺序,该顺序是执行路径,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。
两者的区别:
一个进程至少有一个线程,进程在执行过程中拥有独立的内存单元,而多个线程共享内存。
2、jvm多线程的启动是多线程吗?
Java的虚拟机jvm启动的是单线程,就有发生内存泄露的可能,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。
3、多线程的优势和弊端
优势:解决了多部分同时运行的问题,提高效率
弊端:线程太多会导致效率的降低,因为线程的执行依靠的是CPU的来回切换。
4、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public void run()方法,将线程的任务代码封装到run方法中,
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:
定义一个类,实现Runnable接口,覆盖接口中的public void run()方法,将线程的任务代码封装到run方法中;
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
(线程的任务都是封装的Runnable接口子类对象的run方法中,所以要在线程对象创建时就必须明确要运行的任务)调用start方法,启动线程。
两种方法区别:
A:实现Runnable接口避免了单继承的局限性
B:继承Thread类线程代码存放在Thread子类的run方法中,实现Runnable接口线程代码存放在接口的子类的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
5、start和run方法有什么区别?
调用start方法才可以启动线程,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,这时此线程处于就绪状态,并没有运行,一旦得到CPU时间片(执行权)
就开始执行run方法,这里方法称为线程体,它包含了要执行的这个线程的内容,run方法运行结束,此线程随机终止。
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,程序中依然只是主线程这一个线程,其程序执行路径还是只是一条,
还是要等待run方法体执行完毕后才可继续执行下面的代码,这样就没有达到多线程的目的。
6、线程的几种状态:
新建:new一个Thread对象或者其子类对象就是创建一个线程,当一个线程对象被创建,但是没有开启,这个时候,只是线程对象开辟了内存空间和初始化数据。
就绪: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。
运行:当线程对象获取到了CPU的资源。在这个状态的线程对象,既有执行资格,也有执行权。
阻塞:运行过程中的线程由于某些原因(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。
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,在内存中变成了垃圾。
7、sleep和wait的区别:
(1)这两个方法来自不同的类,sleep来自Thread类,wait来自Object类。
(2)sleep是Thread的静态方法,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释放资源不释放锁,而wait释放资源释放锁
(4)使用范围:wait,notify和notifyAll只要在同步控制方法或者同步控制块里面使用,而sleep可以在任意地方使用
8、多线程安全问题
(1)原因:当程序的多条语句在操作线程共享数据时,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CPU执行
权参与进来执行,此时就导致共享数据发生错误。
(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。
9、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,当一个线程在修改一个共享数据时,而另外一个线程
正在使用或者更行同一个共享数据,这样容易导致程序出现错误的结果
10、什么是锁?锁的作用是什么?
锁就是对象
锁的作用就是保证线程同步,解决线程安全问题。持有锁的线程可以在同步中执行,没有锁的线程即使获取CPU执行权,也进不去。
11、同步的前提
(1)必须保证有两个以上线程
(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在运行
12、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
13、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,但是他的锁可以是任意对象,考虑到安全问题,一般还是使用
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是任意对象,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对象是唯一的,否则报错
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,也就是this锁代表的对象
格式:
synchronized(对象){
需要同步的代码;
}
(2)同步方法
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:静态同步函数的锁是该方法所在的类的字节码文件对象,即类名.class文件
格式:
修饰词 synchronized返回值类型 函数名(参数列表){
需要同步的代码;
}
在jdk1.5后,用lock锁取代了synchronized,个人理解也是对同步代码块做了修改,并没有提供对同步方法的修改,主要还是效率问题吧。
14、多线程的单例设计模式:保证某个类中内存中只有一个对象
懒汉式是延迟加载,如果多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,每一个都要比较锁,效率就会变慢了,所以可以加双重判断来提高程序效率。
class Single { private Single(){} private static Single s; public static Single getInstance(){ if(s==null){ synchronized(Single.class){ if(s==null){ s=new Single(); } } }
return s; } }
15、死锁
两个线程对两个同步对象具有循环依赖时,就会发生死锁。即同步嵌套同步,而锁却不同。
16、wait()、sleep()、notify()、notifyAll()
wait():使一个线程处于等待状态,并且释放所持有的对象的lock。
sleep():使一个正在运行的线程处于睡眠状态,是一个静态方法,调用此方法要捕捉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),而且不是按优先级。
Allnotity():唤醒所有处入等待状态的线程,注意并不是给所有唤醒线程一个对象的锁,而是让它们竞争。
17、为什么wait()、notify()、notifyAll()这些用来操作线程的方法定义在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。
18、多线程间通讯:
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
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线程, 那么就需要通信.比如生产者消费者的问题,
生产一个消费一个,生产的时候需要负责消费的进程等待,生产一个后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,以达到生产一个消费一个的目的。
(2)怎么通信
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, 直到有其他线程唤醒为止.
使用锁对象的notify()方法可以唤醒一个等待的线程,或者notifyAll唤醒所有等待的线程.
多线程间通信用sleep很难实现,睡眠时间很难把握。
19、Lock和Condition
实现提供比synchronized方法和语句可获得的更广泛的锁的操作,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中提供了多线程升级的解决方案:
将同步synchonized替换成了显示的Lock操作,将Object中的wait、notify、notifyAll替换成了Condition对象。
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。
20、停止线程:
stop方法已经过时,如何停止线程?
停止线程的方法只有一种,就是run方法结束。如何让run方法结束呢?
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,也就是结束线程。
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。
为解决该特殊情况,可引入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
21、interrupt:
void interrupt() 中断线程:
中断状态将被清除,它还将收到一个 InterruptedException
22、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。
当主线程结束,守护线程自动结束,比如圣斗士星矢里面的守护雅典娜,在多线程里面主线程就是雅典娜,守护线程就是圣斗士,主线程结束了,守护线程则自动结束。
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。
23、多线程join方法:
void join() 等待该线程终止。
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 newPriority):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)
(1)Min_PRIORITY:最低优先级(1级)
(1)Morm_PRIORITY:默认优先级(5级)
25、什么是ThreadLocal类,怎么使用它?
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”。
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:
一个线程局部变量(ThreadLocal variables)为每个线程方便地提供了一个单独的变量。
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。
当多个线程访问 ThreadLocal 实例时,每个线程维护 ThreadLocal 提供的独立的变量副本。
常用的使用可在 DAO 模式中见到,当 DAO 类作为一个单例类时,数据库链接(connection)被每一个线程独立的维护,互不影响。(基于线程的单例)
26、什么时候抛出InvalidMonitorStateException异常?为什么?
调用 wait ()/notify ()/notifyAll ()中的任何一个方法时,如果当前线程没有获得该对象的锁,那么就会抛出 IllegalMonitorStateException 的异常
也就是说程序在没有执行对象的任何同步块或者同步方法时,仍然尝试调用 wait ()/notify ()/notifyAll ()时。由于该异常是 RuntimeExcpetion 的子类,
所以该异常不一定要捕获(尽管你可以捕获只要你愿意。作为 RuntimeException,此类异常不会在 wait (),notify (),notifyAll ()的方法签名提及。
27、在静态方法上使用同步时会发生什么事?
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,其它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例方法吗?
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,锁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界区访问(critial section access),
如果方法不访问临界区(共享资源或者数据结构)就没必要声明为同步的。
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。
所以只有执行完该方法释放对象锁后才能执行其它同步方法。
30、什么是线程饿死,什么是活锁?
线程饿死和活锁虽然不像死锁一样是常见的问题,但是对于并发编程的设计者来说就像一次邂逅一样。
当所有线程阻塞,或者由于需要的资源无效而不能处理,不存在非阻塞线程使资源可用。
JavaAPI 中线程活锁可能发生在以下情形:
当所有线程在程序中执行 Object.wait (0),参数为 0 的 wait 方法。
程序将发生活锁直到在相应的对象上有线程调用 Object.notify ()或者 Object.notifyAll ()。
当所有线程卡在无限循环中。