多线程

理解多线程

多线程

  • 程序 ：用某种语言编写的一组指令的集合

  • 进程 ：正在运行的程序

  • 线程 ：一个进程可以细分为多个线程

 

多核CPU：在同一时间单元内，可以执行多个线程

单核CPU：在同一时间单元内，只能执行一个线程

并行：多个CPU执行不同的任务

并发：一个CPU执行不同的任务

多线程基础

  • 新建状态:

    使用 new 关键字和 Thread 类或其子类建立一个线程对象后，该线程对象就处于新建状态。它保持这个状态直到程序 start() 这个线程。

  • 就绪状态:

    当线程对象调用了start()方法之后，该线程就进入就绪状态。就绪状态的线程处于就绪队列中，要等待JVM里线程调度器的调度。

  • 运行状态:

    如果就绪状态的线程获取 CPU 资源，就可以执行 run()，此时线程便处于运行状态。处于运行状态的线程最为复杂，它可以变为阻塞状态、就绪状态和死亡状态。

  • 阻塞状态:

    如果一个线程执行了sleep（睡眠）、suspend（挂起）等方法，失去所占用资源之后，该线程就从运行状态进入阻塞状态。在睡眠时间已到或获得设备资源后可以重新进入就绪状态。可以分为三种：

    • 等待阻塞：运行状态中的线程执行 wait() 方法，使线程进入到等待阻塞状态。

    • 同步阻塞：线程在获取 synchronized 同步锁失败(因为同步锁被其他线程占用)。

    • 其他阻塞：通过调用线程的 sleep() 或 join() 发出了 I/O 请求时，线程就会进入到阻塞状态。当sleep() 状态超时，join() 等待线程终止或超时，或者 I/O 处理完毕，线程重新转入就绪状态。

  • 死亡状态:

    一个运行状态的线程完成任务或者其他终止条件发生时，该线程就切换到终止状态。

线程包括五个转态：新建，就绪，运行，阻塞，死亡

 

 

线程的优先级

每一个 Java 线程都有一个优先级，这样有助于操作系统确定线程的调度顺序。

Java 线程的优先级是一个整数，其取值范围是 1 （Thread.MIN_PRIORITY ） - 10 （Thread.MAX_PRIORITY ）。

默认情况下，每一个线程都会分配一个优先级 NORM_PRIORITY（5）。

具有较高优先级的线程对程序更重要，并且应该在低优先级的线程之前分配处理器资源。但是，线程优先级不能保证线程执行的顺序，而且非常依赖于平台。

创建一个线程

Java 提供了三种创建线程的方法：

  • 通过实现 Runnable 接口；

  • 通过继承 Thread 类本身；

  • 通过 Callable 和 Future 创建线程。

串行 并行 并发

串行：一个任务/指令 执行完，下一个任务才执行

并行：在同一时刻，同时执行多个任务/指令

并发：在微观上，在同一时刻，只能执行一个任务/指令，在宏观上，在一段时间内可执行多个任务/指令，只不 过，把时间分成若干份，使得多个任务交换执行。

并发三大特点：有序性，可见性，原子性

有序性：程序的执行顺序由代码的先后顺序执行

可见性：多个线程同时执行，当一个线程修改了共享变量的值，其他线程能够看见

原子性：一个或多个操作，要么执行完毕中途不被外界干扰所打断，要么不执行，

  • 理解synchronized

    就是一个同步监视器，俗称锁。调用它是，当有多个线程在同时调用一个方法时，当有一个线程在执行，与他同步的线程，要等该线程执行完才执行。

  • 死锁

    不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放，都在等待对方放弃自己所需要的资源，就形成了死锁。

    不会发生异常，也不会给出任何提示，所有线程处于阻塞状态，无法继续。

  • Lock锁

就是 new 一个 ReentrantLock ，在需要使用加锁的代码块，加锁；

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
/*
代码块
 */
lock.unlock();

  • 谈谈对线程安全的理解

　　线程安全可以理解为内存安全，堆是内存共享，可以被所有的内存访问。

　　当多个线程访问同一个对象时，如果不进行额外的同步控制或者其他的协调操作，调用这个对象的行为都可以获得正确的结果，我们就说这个对象时线程安全的。

　　堆是进程和线程共有的空间，分全局堆和局部堆，全局堆就是所有没有分配的空间，局部堆就是用户分配的空间，堆在操作系统对进程初始化的时候分配，运行过程中也可以向系统要额外的堆，但是用完了要还给系统，不然就是内存泄漏。

　　在java中，堆是java虚拟机所管理的内存中最大的一块，是所有线程共享的一款线程区域，在虚拟机启动时创建，堆所存在的内存区域唯一目的就是存放对象实例，几乎多有的对象实例和数组都放在堆中。

　　栈是每个线程独有的，保存其运行状态和局部自动变量的。栈在线程开始的时候初始化，每个线程的栈互相独立，栈是线程安全的。操作系统在切换线程的时候回自动切换栈，栈空间不需要再高级语言里显式的分配和释放。

　　在每个进程的内存空间都有一块特殊的公共区域，通常称为堆内存，进程内多有的线程都可以访问该区域，这就是造成问题的潜在原因。

  • Runnable和Thread有什么区别

    其实Thread也就是实现了Runnable接口，提供了更多的方法而已。所以说Thread与Runnable并没有什么区别。如果硬要说有什么区别的话，那就是类与接口的区别，继承与实现的区别。

  • ThreadLocal

    ThreadLocal 定义了4个方法：

    get()：返回此线程局部变量的当前线程副本中的值。 initialValue()：返回此线程局部变量的当前线程的“初始值”。 remove()：移除此线程局部变量当前线程的值。 set(T value)：将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为指定值。

    ThreadLocal的核心是通过静态内部类ThreadLocalMap来处理数据的，我们先看下ThreadLocalMap的源码。

    static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
        /** The value associated with this ThreadLocal. */
        Object value;
        Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
    }

Entry是ThreadLocalMap核心存储key-value的。，继承WeakReference，Entry所对应key（ThreadLocal实例）的引用为一个弱引用 。

  • ThreadLocal使用场景

​ 数据库链接

​ session管理

ThreadLocal并不是为了解决多线程的数据共享，只是从另外一个方向来解决并发的问题，让变量线程局部化，就不存在并发。

  • 理解volatile

    底层原理就是

 

 

  • threadloacal内存泄漏问题如何避免

由于Thread中包含变量ThreadLocalMap，因此ThreadLocalMap与Thread的生命周期是一样长，如果都没有 手动删除对应key，都会导致内存泄漏。

但是使用弱引用可以多一层保障：弱引用ThreadLocal不会内存泄漏，对应的value在下一次ThreadLocalMap 调用set(),get(),remove()的时候会被清除。

因此，ThreadLocal内存泄漏的根源是：由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread一样长，如果没有手动删除 对应key就会导致内存泄漏，而不是因为弱引用。

ThreadLocal正确的使用方法:

每次使用完ThreadLocal都调用它的remove()方法清除数据

将ThreadLocal变量定义成private static，这样就一直存在ThreadLocal的强引用，也就能保证任何时候都能 通过ThreadLocal的弱引用访问到Entry的value值，进而清除掉 。

  • 线程池中线程的复用原理

    线程池最大的作用就是复用线程。在线程池中，经过同一个线程去执行不一样的任务，减少反复地创建线程带来的系统开销，就是线程的复用。

  • 为什么要使用线程池

    1.减少资源消耗 Thread线程，是操作系统的资源，创建和销毁是要有资源消耗的，如果有线程池事先准备好一批线程，创建线程和销毁线程的资源就没有了

    2.使用线程池缩短任务的执行时间。 有一个新的任务就new 一个线程，那么时间消耗为：New Thread() T1:线程的创建时间，T2:任务的执行时间 ，T3：线程的销毁时间 准备好一堆的线程就不需要T1 T3

    3.线程是稀缺而昂贵的资源，因为线程创建出来消耗CPU，消耗内存（一定消耗内存），线程执行太多，多操作系统是一种负担，使用某种机制把线程统一管理

  • 线程池中源码的参数解释

    corePoolSize：线程池核心线程数量

    maximumPoolSize:线程池最大线程数量

    keepAliverTime：当活跃线程数大于核心线程数时，空闲的多余线程最大存活时间

    unit：存活时间的单位

    workQueue：存放任务的队列

    handler：超出线程范围和队列容量的任务的处理程序

  • 线程池的实现原理

提交一个任务到线程池中，线程池的处理流程如下：

1、判断线程池里的核心线程是否都在执行任务，如果不是（核心线程空闲或者还有核心线程没有被创建）则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程都在执行任务，则进入下个流程。

2、线程池判断工作队列是否已满，如果工作队列没有满，则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了，则进入下个流程。

3、判断线程池里的线程是否都处于工作状态，如果没有，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了，则交给饱和策略来处理这个任务。

  • 说说对守护线程的理解

    作用：

    守护线程拥有自动结束自己生命周期的特性，而非守护线程不具备这个特点。

    场景：

    JVM 中的垃圾回收线程就是典型的守护线程，如果说不具备该特性，会发生什么呢？

    当 JVM 要退出时，由于垃圾回收线程还在运行着，导致程序无法退出，这就很尴尬了！！！由此可见，守护线程的重要性了。

    通常来说，守护线程经常被用来执行一些后台任务，但是呢，你又希望在程序退出时，或者说 JVM 退出时，线程能够自动关闭，此时，守护线程是你的首选。

 

 

问题

  1. 如何开启线程？怎么保证线程安全？

    线程和进程的区别：进程是操作系统进行资源分配的最小单元；线程是操作系统进行任务分配的最小单位；线程隶属于进程。

    如何开启线程？

    • 继承Thread类，重写run方法；

    • 实现Runnable接口，实验run方法；

    • 实现Callable接口，实现call方法，通过FutureTask创建一个线程，获取到线程执行的返回值

    • 通过线程池来开启线程

    怎么保证线程安全？加锁

    • JVM提供的锁，也就是Synchronized关键字

    • JDK提供的各种锁Lock

  2. volatile 和synchronized 有什么区别？volatile是否线程安全呢？

    dcl单例为什么要加volatile？

    synchronized关键字。用来加锁。volatile只是保持变量的线程可见性，通常适用于一个线程写，多个线程读的场景。

    不能保证线程安全。volatile关键字只能保证线程的可见性，不能保证原子性。

    DCL：double check lock双重检查锁，如下面的代码

    public class Singleton {
        private static volatile Singleton INSTANCE = null;
        private Singleton(){}
        public static Singleton getInstance(){
            if(INSTANCE==null){//第一次检查
                synchronized (Singleton.class){
                    if(INSTANCE==null){//第二次检查
                        INSTANCE = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return INSTANCE;
        }
    }

为什么要加两次判空，第一次判空能不能不加？ 效率问题：假设第一次判空不加，那么每次进入这个方法，INSTANCE不论是不是null，都会执行下面的synchronized代码块，多线程下会出现锁的竞争，而除了第一次初始化，后面的都不会为null，判空的效率比加锁高。

为什么要进行第二次判空？ 防止多次初始化：多线程下，有可能会出现两个线程都经过了前面第一次检查，来到了下面的synchronized这里，如果不判空，就会出现一个线程new了一个Singleton出来，然后释放锁，第二个线程进来又会new一个Singleton出来。

volatile能不能不加？ volatile作用：

保持内存可见性 防止指令重排序 volatile这里的作用就是防止指令重排，INSTANCE = new Singleton();这一行主要做了下面几件事： 在内存中开辟空间 执行构造方法初始化对象 将对象的引用赋值给INSTANCE变量 在不加volatile的情况下，第2和第3步是有可能发生指令重排的，即执行顺序变成了1、3、2，假如我刚好执行到第3步，还没执行第2步，这时候另外一个线程调了这个方法，获取到的是还没执行初始化函数的对象，在上面的代码中，初始化函数什么都没做，所以没什么影响。但是如果初始化函数中需要做一些操作，那就有影响了。

  • 用Callable创建线程

    package com.ljx.test01.ThreadTest;
    ​
    import java.util.concurrent.Callable;
    import java.util.concurrent.ExecutionException;
    import java.util.concurrent.FutureTask;
    ​
    /**
     * @author 李捷禧
     * Date: 2022/11/6
     * ClassName: ThreadTest
     * email: 2465594828@qq.com
     */
    public class ThreadTest implements Callable<Integer> {
    ​
        public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
            ThreadTest threadTest = new ThreadTest();
            FutureTask<Integer> integerFutureTask = new FutureTask<>(threadTest);
            new Thread(integerFutureTask).start();
            new Thread(integerFutureTask).start();
            //子线程返回的过程及结果时间
            Integer result = integerFutureTask.get();
            //子线程返回结果
            System.out.println("子线程的返回结果："+result);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"->我是主线程！");
        }
        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            try {
    ​
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"->我是子线程！");
            return 1;
        }
    }
public class TestNumber{
    public static void main(String[] args) {
        ThreadTest threadTest = new ThreadTest();
        ThreadTest02 threadTest02 = new ThreadTest02();
        Thread thread = new Thread(threadTest02);
        threadTest.start();
        thread.start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("我是李");
            }
        }).start();
    }
}
​
class ThreadTest extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("我是重写的run方法");
    }
}
class ThreadTest02 implements Runnable{
​
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("我是runnable接口");
    }
}
posted @ 2023-03-12 00:07  jessi呀  阅读(75)  评论(0)  编辑  收藏  举报