線程創(chuàng)建和生命周期

線程的創(chuàng)建和生命周期涉及到線程的產(chǎn)生、執(zhí)行和結(jié)束過程。讓我們繼續(xù)深入探索這個主題：

線程的創(chuàng)建方式有多種，你可以選擇適合你場景的方式：

繼承Thread類： 創(chuàng)建一個類，繼承自Thread類，并重寫run()方法。通過實例化這個類的對象，并調(diào)用start()方法，系統(tǒng)會自動調(diào)用run()方法執(zhí)行線程邏輯。

public class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        // 線程邏輯代碼
    }
}
// 創(chuàng)建并啟動線程
MyThread thread = new MyThread();
thread.start();

實現(xiàn)Runnable接口： 創(chuàng)建一個類，實現(xiàn)Runnable接口，并實現(xiàn)run()方法。通過將實現(xiàn)了Runnable接口的對象作為參數(shù)傳遞給Thread類的構(gòu)造函數(shù)，然后調(diào)用start()方法啟動線程。

public class MyRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        // 線程邏輯代碼
    }
}
// 創(chuàng)建并啟動線程
MyRunnable runnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();

實現(xiàn)Callable接口： 創(chuàng)建一個類，實現(xiàn)Callable接口，并實現(xiàn)call()方法。通過創(chuàng)建一個FutureTask對象，將Callable對象作為參數(shù)傳遞給FutureTask構(gòu)造函數(shù)，然后將FutureTask對象傳遞給Thread類的構(gòu)造函數(shù)，最后調(diào)用start()方法啟動線程。

public class MyCallable implements Callable<Integer> {
    public Integer call() {
        // 線程邏輯代碼
        return 1; 
    }
}
// 創(chuàng)建并啟動線程
MyCallable callable = new MyCallable();
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callable);
Thread thread = new Thread(futureTask);
thread.start();

通過線程池創(chuàng)建線程： 使用Java的線程池ExecutorService來管理線程的生命周期。通過提交Runnable或Callable任務(wù)給線程池，線程池會負責創(chuàng)建、執(zhí)行和終止線程。

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
executorService.execute(new Runnable() {
    public void run() {
        // 線程邏輯代碼
    }
});
executorService.shutdown();

線程的生命周期經(jīng)歷以下幾個狀態(tài)：

• 創(chuàng)建狀態(tài)： 通過實例化Thread對象或者線程池來創(chuàng)建線程。此時線程處于新建狀態(tài)。
• 就緒狀態(tài)： 線程被創(chuàng)建后，調(diào)用start()方法使其進入就緒狀態(tài)。在就緒狀態(tài)下，線程等待系統(tǒng)分配執(zhí)行的時間片。
• 運行狀態(tài)： 一旦線程獲取到CPU的時間片，就進入運行狀態(tài)，執(zhí)行run()方法中的線程邏輯。
• 阻塞狀態(tài)（Blocked/Waiting/Sleeping）： 在某些情況下，線程需要暫時放棄CPU的執(zhí)行權(quán)，進入阻塞狀態(tài)。阻塞狀態(tài)可以分為多種情況：
• 中斷狀態(tài)： 可以通過調(diào)用線程的interrupt()方法將線程從運行狀態(tài)轉(zhuǎn)移到中斷狀態(tài)。線程可以檢查自身是否被中斷，并根據(jù)需要作出適當?shù)奶幚怼?/li>
• 終止狀態(tài)： 線程執(zhí)行完run()方法中的邏輯或者通過調(diào)用stop()方法被終止后，線程進入終止狀態(tài)。終止的線程不能再次啟動。

理解線程的創(chuàng)建和生命周期對于處理并發(fā)編程非常重要。通過選擇合適的創(chuàng)建方式和正確地管理線程的生命周期，可以確保線程安全、高效地運行，從而優(yōu)化程序性能。

深入剖析synchronized

synchronized關(guān)鍵字在Java中用于實現(xiàn)線程安全的代碼塊，在其背后使用JVM底層內(nèi)置的鎖機制。synchronized的設(shè)計考慮了各種并發(fā)情況，因此具有以下優(yōu)點：

• 優(yōu)點： 由于官方對synchronized進行升級優(yōu)化，如當前鎖升級機制，因此它具有不斷改進的潛力。JVM會進行鎖的升級優(yōu)化，以提高并發(fā)性能。
  然而，synchronized也有一些缺點：
• 缺點： 如果使用不當，可能會導致鎖粒度過大或鎖失效的問題。此外，synchronized只適用于單機情況，對于分布式集群環(huán)境的鎖機制不適用。

synchronized的鎖機制包括以下幾個階段的升級過程：

• 無鎖狀態(tài)： 初始狀態(tài)為無鎖狀態(tài)，多個線程可以同時訪問臨界區(qū)。
• 偏向鎖： 當只有一個線程訪問臨界區(qū)時，JVM會將鎖升級為偏向鎖，以提高性能。在偏向鎖狀態(tài)下，偏向線程可以直接獲取鎖，無需競爭。
• （自旋）輕量級鎖： 當多個線程競爭同一個鎖時，偏向鎖會升級為輕量級鎖。在輕量級鎖狀態(tài)下，線程會自旋一定次數(shù)，嘗試獲取鎖，而不是直接阻塞。
• 重量級鎖： 當自旋次數(shù)超過閾值或者存在多個線程競爭同一個鎖時，輕量級鎖會升級為重量級鎖。重量級鎖使用了傳統(tǒng)的互斥量機制，需要進行阻塞和喚醒操作。

需要注意的是，如果在輕量級鎖狀態(tài)下，有線程獲取對象的HashCode時，會直接升級為重量級鎖。這是因為鎖升級過程中使用的mark頭將HashCode部分隱去，以確保鎖升級過程的正確性。

底層實現(xiàn)中，synchronized使用了monitor enter和monitor exit指令來進行進入鎖和退出鎖的同步操作。對于用戶來說，這些操作是不可見的。synchronized鎖的等待隊列存儲在對象的waitset屬性中，用于線程的等待和喚醒操作。

雙重檢查單例模式解析

示例代碼：

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;
private Singleton() {
    // 私有構(gòu)造方法
}
public static Singleton getInstance() {
    if (instance == null) {
        synchronized (Singleton.class) {
            if (instance == null) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
    }
    return instance;
}
}

為什么需要使用volatile： 雖然synchronized關(guān)鍵字可以確保線程安全，但是如果沒有volatile修飾，可能會發(fā)生指令重排的問題。volatile關(guān)鍵字的主要作用是防止指令重排，保證可見性和有序性。盡
管在實際工作中很少遇到指令重排導致的問題，但是理論上存在這種可能性，因此使用volatile修飾變量可以避免出現(xiàn)意外情況。

指令重排原因及影響： 指令重排是為了優(yōu)化程序的執(zhí)行速度，由于CPU的工作速度遠大于內(nèi)存的工作速度，為了充分利用CPU資源，處理器會對指令進行重新排序。例如在創(chuàng)建一個對象的過程中，通常被拆分為三個步驟：1）申請空間并初始化，2）賦值，3）建立地址鏈接關(guān)系。如果沒有考慮逃逸分析，可能會發(fā)生指令重排的情況。

這種重排可能導致的問題是，當一個線程在某個時刻執(zhí)行到步驟2，而另一個線程在此時獲取到了對象的引用，但是這個對象還沒有完成初始化，導致使用到未完全初始化的對象，可能會出現(xiàn)異?；虿徽_的結(jié)果。通過使用volatile關(guān)鍵字，可以禁止指令重排，確保對象的完全初始化后再進行賦值操作。

抽象隊列同步器（Abstract Queued Synchronizer）解析

抽象隊列同步器（Abstract Queued Synchronizer）是Java并發(fā)編程中非常重要的同步框架，被廣泛應(yīng)用于各種鎖實現(xiàn)類，如ReentrantLock、CountDownLatch等。AQS提供了基于雙端隊列的同步機制，支持獨占模式和共享模式，并提供了一些基本的操作方法。

在AQS中，用來表示是否是獨占鎖的Exclusive屬性對象非常重要。它可以控制同一時間只有一個線程能夠獲取鎖，并且支持重入機制。另外，AQS的state屬性也非常關(guān)鍵，state的含義和具體用途是由具體的子類決定的。子類可以通過對state屬性的操作來實現(xiàn)不同的同步邏輯。例如，在ReentrantLock中，state表示鎖的持有數(shù)；在CountDownLatch中，state表示還需要等待的線程數(shù)。

此外，AQS還使用兩個Node節(jié)點來表示雙端隊列，用于存儲被阻塞的線程。這些節(jié)點會根據(jù)線程的不同狀態(tài)（如等待獲取鎖、等待釋放鎖）被添加到隊列的不同位置，從而實現(xiàn)線程同步和調(diào)度。

以下是一個簡化的示例代碼，展示了如何使用ReentrantLock和AQS進行線程同步：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Example {
    private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) {
    Thread thread1 = new Thread(() -> {
        lock.lock();
        try {
            // 執(zhí)行線程1的邏輯
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    });
    Thread thread2 = new Thread(() -> {
        lock.lock();
        try {
            // 執(zhí)行線程2的邏輯
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    });
    thread1.start();
    thread2.start();
}
}

在上述代碼中，我們使用了ReentrantLock作為鎖工具，它內(nèi)部使用了AQS來實現(xiàn)線程同步。通過調(diào)用lock()方法獲取鎖，并在finally塊中調(diào)用unlock()方法釋放鎖，確保線程安全執(zhí)行。這樣，只有一個線程能夠獲取到鎖，并執(zhí)行相應(yīng)的邏輯。

總之，AQS作為Java線程同步的核心框架，在并發(fā)編程中起到了至關(guān)重要的作用。它提供了強大的同步機制，可以支持各種鎖的實現(xiàn)，幫助我們實現(xiàn)線程安全的代碼。

利用Java線程池

使用Java線程池是一種優(yōu)化并行性的有效方式。線程池可以管理和復用線程，減少了線程創(chuàng)建和銷毀的開銷，提高了系統(tǒng)的性能和資源利用率。

在Java中，可以使用ExecutorService接口來創(chuàng)建和管理線程池。ExecutorService提供了一些方法來提交任務(wù)并返回Future對象，可以用于獲取任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果。

在創(chuàng)建線程池時，可以根據(jù)實際需求選擇不同的線程池類型。常用的線程池類型包括：

• FixedThreadPool：固定大小的線程池，線程數(shù)固定不變。
• CachedThreadPool：可根據(jù)需要自動調(diào)整線程數(shù)的線程池。
• SingleThreadExecutor：只有一個線程的線程池，適用于順序執(zhí)行任務(wù)的場景。
• ScheduledThreadPool：用于定時執(zhí)行任務(wù)的線程池。

使用線程池時，可以將任務(wù)分解為多個小任務(wù)，提交給線程池并發(fā)執(zhí)行。這樣可以充分利用系統(tǒng)資源，提高任務(wù)執(zhí)行的并行性。

同時，線程池還可以控制并發(fā)線程的數(shù)量，避免系統(tǒng)資源耗盡和任務(wù)過載的問題。通過設(shè)置合適的線程池大小，可以平衡系統(tǒng)的并發(fā)能力和資源消耗。

探索Java中的Fork/Join框架

Fork/Join框架是Java中用于處理并行任務(wù)的一個強大工具。它基于分治的思想，將大任務(wù)劃分成小任務(wù)，并利用多線程并行執(zhí)行這些小任務(wù)，最后將結(jié)果合并。

在Fork/Join框架中，主要有兩個核心類：ForkJoinTask和ForkJoinPool。ForkJoinTask是一個可以被分割成更小任務(wù)的任務(wù)，我們需要繼承ForkJoinTask類并實現(xiàn)compute()方法來定義具體的任務(wù)邏輯。ForkJoinPool是一個線程池，用于管理和調(diào)度ForkJoinTask。

下面是一個簡單的例子，展示如何使用Fork/Join框架來計算一個整數(shù)數(shù)組的總和：

import java.util.concurrent.*;
public class SumTask extends RecursiveTask<Integer> {
    private static final int THRESHOLD = 10;
    private int[] array;
    private int start;
    private int end;
public SumTask(int[] array, int start, int end) {
    this.array = array;
    this.start = start;
    this.end = end;
}
@Override
protected Integer compute() {
    if (end - start <= THRESHOLD) {
        int sum = 0;
        for (int i = start; i < end; i++) {
            sum += array[i];
        }
        return sum;
    } else {
        int mid = (start + end) / 2;
        SumTask leftTask = new SumTask(array, start, mid);
        SumTask rightTask = new SumTask(array, mid, end);
        leftTask.fork(); // 將左半部分任務(wù)提交到線程池
        rightTask.fork(); // 將右半部分任務(wù)提交到線程池
        int leftResult = leftTask.join(); // 等待左半部分任務(wù)的完成并獲取結(jié)果
        int rightResult = rightTask.join(); // 等待右半部分任務(wù)的完成并獲取結(jié)果
        return leftResult + rightResult;
    }
}
public static void main(String[] args) {
    int[] array = new int[100];
    for (int i = 0; i < array.length; i++) {
        array[i] = i + 1;
    }
    ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
    SumTask sumTask = new SumTask(array, 0, array.length);
    int result = forkJoinPool.invoke(sumTask); // 使用線程池來執(zhí)行任務(wù)
    System.out.println("Sum: " + result);
}
}

在這個例子中，我們定義了一個SumTask類，繼承自RecursiveTask類，并實現(xiàn)了compute()方法。在compute()方法中，我們判斷任務(wù)的大小是否小于閾值，如果是，則直接計算數(shù)組的總和；如果不是，則將任務(wù)劃分成兩個子任務(wù)，并使用fork()方法將子任務(wù)提交到線程池中，然后使用join()方法等待子任務(wù)的完成并獲取結(jié)果，最后返回子任務(wù)結(jié)果的和。

在main()方法中，我們創(chuàng)建了一個ForkJoinPool對象，然后創(chuàng)建了一個SumTask對象，并使用invoke()方法來執(zhí)行任務(wù)。最后打印出結(jié)果。

通過使用Fork/Join框架，我們可以方便地處理并行任務(wù)，并利用多核處理器的性能優(yōu)勢。這個框架在處理一些需要遞歸分解的問題時非常高效。

總結(jié)

文章涉及了幾個常見的并發(fā)編程相關(guān)的主題。首先，線程的創(chuàng)建和生命周期是面試中常被問及的話題，面試官可能會詢問如何創(chuàng)建線程、線程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換以及如何控制線程的執(zhí)行順序等。其次，synchronized關(guān)鍵字是用于實現(xiàn)線程同步的重要工具，面試中可能會涉及到它的使用場景以及與其他同步機制的比較。此外，抽象隊列同步器（AQS）是Java并發(fā)編程中的核心概念，了解其原理和應(yīng)用場景可以展示對并發(fā)編程的深入理解。最后，面試中可能會考察對Java線程池和Fork/Join框架的了解，包括它們的使用方法、優(yōu)勢和適用場景等。種子題目務(wù)必學會

到此這篇關(guān)于6個必備的Java并發(fā)面試種子題目合集的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java并發(fā)內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！