java多线程知识总结

1、多线程有什么用？

一个可能在很多人看来很扯淡的一个问题：我会用多线程就好了，还管它有什么用？在我看来，这个回答更扯淡。所谓"知其然知其所以然"，"会用"只是"知其然"，"为什么用"才是"知其所以然"，只有达到"知其然知其所以然"的程度才可以说是把一个知识点运用自如。OK，下面说说我对这个问题的看法：（1）发挥多核CPU的优势随着工业的进步，现在的笔记本、台式机乃至商用的应用服务器至少也都是双核的，4核、8核甚至16核的也都不少见，如果是单线程的程序，那么在双核CPU上就浪费了50%，在4核CPU上就浪费了75%。单核CPU上所谓的"多线程"那是假的多线程，同一时间处理器只会处理一段逻辑，只不过线程之间切换得比较快，看着像多个线程"同时"运行罢了。多核CPU上的多线程才是真正的多线程，它能让你的多段逻辑同时工作，多线程，可以真正发挥出多核CPU的优势来，达到充分利用CPU的目的。（2）防止阻塞从程序运行效率的角度来看，单核CPU不但不会发挥出多线程的优势，反而会因为在单核CPU上运行多线程导致线程上下文的切换，而降低程序整体的效率。但是单核CPU我们还是要应用多线程，就是为了防止阻塞。试想，如果单核CPU使用单线程，那么只要这个线程阻塞了，比方说远程读取某个数据吧，对端迟迟未返回又没有设置超时时间，那么你的整个程序在数据返回回来之前就停止运行了。多线程可以防止这个问题，多条线程同时运行，哪怕一条线程的代码执行读取数据阻塞，也不会影响其它任务的执行。（3）便于建模这是另外一个没有这么明显的优点了。假设有一个大的任务A，单线程编程，那么就要考虑很多，建立整个程序模型比较麻烦。但是如果把这个大的任务A分解成几个小任务，任务B、任务C、任务D，分别建立程序模型，并通过多线程分别运行这几个任务，那就简单很多了。

2、线程的生命周期

线程是一个动态执行的过程，它也有一个从产生到死亡的过程。下图显示了一个线程完整的生命周期


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:
4000
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

3、创建线程的方式

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。
建议使用实现Runnable 接口的方式创建线程，因为实现接口的方式比继承类的方式更灵活，也能减少程序之间的耦合度，面向接口编程也是设计模式6大原则的核心。如果需要返回值的时候可以采用Callable创建线程

3.1 start()方法和run()方法的区别

    只有调用了start()方法，才会表现出多线程的特性，不同线程的run()方法里面的代码交替执行。如果只是调用run()方法，那么代码还是同步执行的，必须等待一个线程的run()方法里面的代码全部执行完毕之后，另外一个线程才可以执行其run()方法里面的代码。

3.2 Runnable接口和Callable接口的区别

        Runnable接口中的run()方法的返回值是void，它做的事情只是纯粹地去执行run()方法中的代码而已；Callable接口中的call()方法是有返回值的，是一个泛型，和Future、FutureTask配合可以用来获取异步执行的结果。        这其实是很有用的一个特性，因为多线程相比单线程更难、更复杂的一个重要原因就是因为多线程充满着未知性，某条线程是否执行了？某条线程执行了多久？某条线程执行的时候我们期望的数据是否已经赋值完毕？无法得知，我们能做的只是等待这条多线程的任务执行完毕而已。而Callable+Future/FutureTask却可以获取多线程运行的结果，可以在等待时间太长没获取到需要的数据的情况下取消该线程的任务，真的是非常有用。

3.3 创建多线程实例

3.3.1 通过实现 Runnable 接口来创建线程

创建一个线程，最简单的方法是创建一个实现 Runnable 接口的类。为了实现 Runnable，一个类只需要执行一个方法调用 run()，声明如下：

public void run()

你可以重写该方法，重要的是理解的 run() 可以调用其他方法，使用其他类，并声明变量，就像主线程一样。在创建一个实现 Runnable 接口的类之后，你可以在类中实例化一个线程对象。public class MultThreadImpRunnable implements Runnable {
private Thread t;
private String name;

public MultThreadImpRunnable(String name) {
this.name = name;
}

@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(name + "运行 : " + i);
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

public void start() {
System.out.println("Starting " + name);
if (t == null) {
t = new Thread(this, name);
t.start();
}
}

public static void main(String[] args) {
MultThreadImpRunnable R1 = new MultThreadImpRunnable("Thread-1");
R1.start();

MultThreadImpRunnable R2 = new MultThreadImpRunnable("Thread-2");
R2.start();
}

}

3.3.2 通过继承thread

创建一个线程的第二种方法是创建一个新的类，该类继承 Thread 类，然后创建一个该类的实例。继承类必须重写 run() 方法，该方法是新线程的入口点。它也必须调用 start() 方法才能执行。该方法尽管被列为一种多线程实现方式，但是本质上也是实现了 Runnable 接口的一个实例。public class MultExtThread extends Thread {
private String name;

public MultExtThread(String name) {
this.name=name;
}

public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(name + "运行 : " + i);
try {
sleep((int) Math.random() * 10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

public static void main(String[] args) {
MultExtThread T1 = new MultExtThread( "Thread-1");
T1.start();

MultExtThread T2 = new MultExtThread( "Thread-2");
T2.start();
}

}

3.3.3 通过 Callable 和 Future 创建线程

1. 创建 Callable 接口的实现类，并实现 call() 方法，该 call() 方法将作为线程执行体，并且有返回值。
2. 创建 Callable 实现类的实例，使用 FutureTask 类来包装 Callable 对象，该 FutureTask 对象封装了该 Callable 对象的 call() 方法的返回值。
3. 使用 FutureTask 对象作为 Thread 对象的 target 创建并启动新线程。
4. 调用 FutureTask 对象的 get() 方法来获得子线程执行结束后的返回值。

public class MultThreadImpCallable implements Callable<Object> {

private int taskNum;

public MultThreadImpCallable(int taskNum) {
this.taskNum = taskNum;
}

@Override
public Object call() throws Exception {
System.out.println(">>>" + taskNum + "任务启动");
Date dateTmp1 = new Date();
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
Date dateTmp2 = new Date();
long time = dateTmp2.getTime() - dateTmp1.getTime();
System.out.println(">>>" + taskNum + "任务终止");
return taskNum + "任务返回运行结果,当前任务时间【" + time + "毫秒】";
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
System.out.println("----程序开始运行----");
Date date1 = new Date();
int taskSize = 5;
// 创建一个线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);
// 创建多个有返回值的任务
List<Future<Object>> list = new ArrayList<Future<Object>>();

for (int i = 0; i < taskSize; i++) {
Callable<Object> c = new MultThreadImpCallable(i);
// 执行任务并获取Future对象
Future<Object> f = pool.submit(c);
list.add(f);
}
// 关闭线程池
pool.shutdown();

// 获取所有并发任务的运行结果
for (Future<Object> f : list) {
// 从Future对象上获取任务的返回值，并输出到控制台
System.out.println(">>>" + f.get().toString());
}

Date date2 = new Date();
System.out.println("----程序结束运行----，程序运行时间【" + (date2.getTime() - date1.getTime()) + "毫秒】");
}

}

3.3.4 创建线程的三种方式的对比

1. 采用实现 Runnable、Callable 接口的方式创见多线程时，线程类只是实现了 Runnable 接口或 Callable 接口，还可以继承其他类。

2. 使用继承 Thread 类的方式创建多线程时，编写简单，如果需要访问当前线程，则无需使用 Thread.currentThread() 方法，直接使用 this 即可获得当前线程。

4、volatile关键字的作用

4.1 volatile关键字的作用主要有两个：

（1）多线程主要围绕可见性和原子性两个特性而展开，使用volatile关键字修饰的变量，保证了其在多线程之间的可见性，即每次读取到volatile变量，一定是最新的数据（2）代码底层执行不像我们看到的高级语言----Java程序这么简单，它的执行是Java代码-->字节码-->根据字节码执行对应的C/C++代码-->C/C++代码被编译成汇编语言-->和硬件电路交互，现实中，为了获取更好的性能JVM可能会对指令进行重排序，多线程下可能会出现一些意想不到的问题。使用volatile则会对禁止语义重排序，当然这也一定程度上降低了代码执行效率。先看一段代码，假如线程1先执行，线程2后执行：
//线程1
boolean stop = false;
while(!stop){
doSomething();
}

//线程2
stop = true;这段代码是很典型的一段代码，很多人在中断线程时可能都会采用这种标记办法。但是事实上，这段代码会完全运行正确么？即一定会将线程中断么？不一定，也许在大多数时候，这个代码能够把线程中断，但是也有可能会导致无法中断线程（虽然这个可能性很小，但是只要一旦发生这种情况就会造成死循环了）。下面解释一下这段代码为何有可能导致无法中断线程。在前面已经解释过，每个线程在运行过程中都有自己的工作内存，那么线程1在运行的时候，会将stop变量的值拷贝一份放在自己的工作内存当中。那么当线程2更改了stop变量的值之后，但是还没来得及写入主存当中，线程2转去做其他事情了，那么线程1由于不知道线程2对stop变量的更改，因此还会一直循环下去。但是用volatile修饰之后就变得不一样了：第一：使用volatile关键字会强制将修改的值立即写入主存；第二：使用volatile关键字的话，当线程2进行修改时，会导致线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效（反映到硬件层的话，就是CPU的L1或者L2缓存中对应的缓存行无效）；第三：由于线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效，所以线程1再次读取变量stop的值时会去主存读取。那么在线程2修改stop值时（当然这里包括2个操作，修改线程2工作内存中的值，然后将修改后的值写入内存），会使得线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效，然后线程1读取时，发现自己的缓存行无效，它会等待缓存行对应的主存地址被更新之后，然后去对应的主存读取最新的值 ，那么线程1读取到的就是最新的正确的值。

4.2.volatile保证原子性吗？

从上面知道volatile关键字保证了操作的可见性，但是volatile能保证对变量的操作是原子性吗？
public class Test {
public volatile int inc = 0;

public void increase() {
inc++;
}

public static void main(String[] args) {
final Test test = new Test();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread() {
public void run() {
for (int j = 0; j < 1000; j++)
test.increase();
};
}.start();
}

while (Thread.activeCount() > 1) // 保证前面的线程都执行完
Thread.yield();
System.out.println(test.inc);
}
}大家想一下这段程序的输出结果是多少？也许有些朋友认为是10000。但是事实上运行它会发现每次运行结果都不一致，都是一个小于10000的数字。可能有的朋友就会有疑问，不对啊，上面是对变量inc进行自增操作，由于volatile保证了可见性，那么在每个线程中对inc自增完之后，在其他线程中都能看到修改后的值啊，所以有10个线程分别进行了1000次操作，那么最终inc的值应该是1000*10=10000。这里面就有一个误区了，volatile关键字能保证可见性没有错，但是上面的程序错在没能保证原子性。可见性只能保证每次读取的是最新的值，但是volatile没办法保证对变量的操作的原子性。在前面已经提到过，自增操作是不具备原子性的，它包括读取变量的原始值、进行加1操作、写入工作内存。那么就是说自增操作的三个子操作可能会分割开执行，就有可能导致下面这种情况出现：假如某个时刻变量inc的值为10，线程1对变量进行自增操作，线程1先读取了变量inc的原始值，然后线程1被阻塞了；然后线程2对变量进行自增操作，线程2也去读取变量inc的原始值，由于线程1只是对变量inc进行读取操作，而没有对变量进行修改操作，所以不会导致线程2的工作内存中缓存变量inc的缓存行无效，所以线程2会直接去主存读取inc的值，发现inc的值时10，然后进行加1操作，并把11写入工作内存，最后写入主存。然后线程1接着进行加1操作，由于已经读取了inc的值，注意此时在线程1的工作内存中inc的值仍然为10，所以线程1对inc进行加1操作后inc的值为11，然后将11写入工作内存，最后写入主存。那么两个线程分别进行了一次自增操作后，inc只增加了1。解释到这里，可能有朋友会有疑问，不对啊，前面不是保证一个变量在修改volatile变量时，会让缓存行无效吗？然后其他线程去读就会读到新的值，对，这个没错。但是要注意，线程1对变量进行读取操作之后，被阻塞了的话，并没有对inc值进行修改。然后虽然volatile能保证线程2对变量inc的值读取是从内存中读取的，但是线程1没有进行修改，所以线程2根本就不会看到修改的值。根源就在这里，自增操作不是原子性操作，而且volatile也无法保证对变量的任何操作都是原子性的。
把上面的代码改成以下任何一种都可以达到效果，输出10000
采用synchronized：
public class Test {
public int inc = 0;

public synchronized void increase() {
inc++;
}

public static void main(String[] args) {
final Test test = new Test();
for(int i=0;i<10;i++){
new Thread(){
public void run() {
for(int j=0;j<1000;j++)
test.increase();
};
}.start();
}

while(Thread.activeCount()>1) //保证前面的线程都执行完
Thread.yield();
System.out.println(test.inc);
}
}采用Lock：

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Test {
public int inc = 0;
Lock lock = new ReentrantLock();

public void increase() {
lock.lock();
try {
inc++;
} finally {
lock.unlock();
}
}

public static void main(String[] args) {
final Test test = new Test();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread() {
public void run() {
for (int j = 0; j < 1000; j++)
test.increase();
};
}.start();
}

while (Thread.activeCount() > 1) // 保证前面的线程都执行完
Thread.yield();
System.out.println(test.inc);
}
}

采用AtomicInteger：import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class Test {
public AtomicInteger inc = new AtomicInteger();

public void increase() {
inc.getAndIncrement();
}

public static void main(String[] args) {
final Test test = new Test();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread() {
public void run() {
for (int j = 0; j < 1000; j++)
test.increase();
};
}.start();
}

while (Thread.activeCount() > 1) // 保证前面的线程都执行完
Thread.yield();
System.out.println(test.inc);
}
}

5、什么是线程安全

如果你的代码在多线程下执行和在单线程下执行永远都能获得一样的结果，那么你的代码就是线程安全的。
这个问题有值得一提的地方，就是线程安全也是有几个级别的：（1）不可变像String、Integer、Long这些，都是final类型的类，任何一个线程都改变不了它们的值，要改变除非新创建一个，因此这些不可变对象不需要任何同步手段就可以直接在多线程环境下使用（2）绝对线程安全不管运行时环境如何，调用者都不需要额外的同步措施。要做到这一点通常需要付出许多额外的代价，Java中标注自己是线程安全的类，实际上绝大多数都不是线程安全的，不过绝对线程安全的类，Java中也有，比方说CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet（3）相对线程安全相对线程安全也就是我们通常意义上所说的线程安全，像Vector这种，add、remove方法都是原子操作，不会被打断，但也仅限于此，如果有个线程在遍历某个Vector、有个线程同时在add这个Vector，99%的情况下都会出现ConcurrentModificationException，也就是fail-fast机制。（4）线程非安全这个就没什么好说的了，ArrayList、LinkedList、HashMap等都是线程非安全的类

6、如何在两个线程之间共享数据

通过在线程之间共享对象就可以了，然后通过wait/notify/notifyAll、await/signal/signalAll进行唤起和等待，比方说阻塞队列BlockingQueue就是为线程之间共享数据而设计的，多线程间的共享数据最主要的还是互斥，多个线程共享一个变量，针对变量的操作实现原子性即可

银行存取款实例：

public class Acount {

private int money;

public Acount(int money) {
this.money = money;
}

public synchronized void getMoney(int money) {
// 注意这个地方必须用while循环，因为即便再存入钱也有可能比取的要少
while (this.money < money) {
System.out.println("取款：" + money + " 余额：" + this.money + " 余额不足，正在等待存款......");
try {
wait();
} catch (Exception e) {}
}
this.money = this.money - money;
System.out.println("取出：" + money + " 还剩余：" + this.money);

}

public synchronized void setMoney(int money) {

try {
Thread.sleep(10);
} catch (Exception e) {}
this.money = this.money + money;
System.out.println("新存入：" + money + " 共计：" + this.money);
notify();
}

public static void main(String args[]) {
Acount Acount = new Acount(0);
Bank b = new Bank(Acount);
Consumer c = new Consumer(Acount);
new Thread(b).start();
new Thread(c).start();
}
}

// 存款类
class Bank implements Runnable {
Acount Acount;

public Bank(Acount Acount) {
this.Acount = Acount;
}

public void run() {
while (true) {
int temp = (int) (Math.random() * 1000);
Acount.setMoney(temp);
}
}

}

// 取款类
class Consumer implements Runnable {
Acount Acount;

public Consumer(Acount Acount) {
this.Acount = Acount;
}

public void run() {
while (true) {
int temp = (int) (Math.random() * 1000);
Acount.getMoney(temp);
}
}
}

7、sleep方法和wait方法有什么区别

sleep方法和wait方法都可以用来放弃CPU一定的时间，不同点在于如果线程持有某个对象的监视器，sleep方法不会放弃这个对象的监视器，wait方法会放弃这个对象的监视器

8、ThreadLocal有什么用 

简单说ThreadLocal就是一种以空间换时间的做法，在每个Thread里面维护了一个以开地址法实现的ThreadLocal.ThreadLocalMap，把数据进行隔离，数据不共享，自然就没有线程安全方面的问题了

更加详细的解释可以参考InheritableThreadLocal 实现原理

9、怎么检测一个线程是否持有对象监视器

Thread类提供了一个holdsLock(Object obj)方法，当且仅当对象obj的监视器被某条线程持有的时候才会返回true，注意这是一个static方法，这意味着"某条线程"指的是当前线程。

10、Java编程写一个会导致死锁的程序

很多人都知道死锁是怎么一回事儿：线程A和线程B相互等待对方持有的锁导致程序无限死循环下去。当然也仅限于此了，问一下怎么写一个死锁的程序就不知道了，这种情况说白了就是不懂什么是死锁，懂一个理论就完事儿了，实践中碰到死锁的问题基本上是看不出来的。真正理解什么是死锁，这个问题其实不难，几个步骤：（1）两个线程里面分别持有两个Object对象：lock1和lock2。这两个lock作为同步代码块的锁；（2）线程1的run()方法中同步代码块先获取lock1的对象锁，Thread.sleep(xxx)，时间不需要太多，50毫秒差不多了，然后接着获取lock2的对象锁。这么做主要是为了防止线程1启动一下子就连续获得了lock1和lock2两个对象的对象锁（3）线程2的run)(方法中同步代码块先获取lock2的对象锁，接着获取lock1的对象锁，当然这时lock1的对象锁已经被线程1锁持有，线程2肯定是要等待线程1释放lock1的对象锁的这样，线程1"睡觉"睡完，线程2已经获取了lock2的对象锁了，线程1此时尝试获取lock2的对象锁，便被阻塞，此时一个死锁就形成了。
实例代码：public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
// test dead lock
Thread t9 = new Thread(new DeadLock(true));
Thread t10 = new Thread(new DeadLock(false));
t9.start();
t10.start();
}
}

class DeadLock implements Runnable {

boolean lockFormer;
static Object o1 = new Object();
static Object o2 = new Object();

DeadLock(boolean lockFormer) {
this.lockFormer = lockFormer;
}

@Override
public void run() {
if (this.lockFormer) {
synchronized (o1) {
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (o2) {
System.out.println("1ok");
}
}
} else {
synchronized (o2) {
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (o1) {
System.out.println("1ok");
}
}
}

}
}

11、什么是多线程的上下文切换

多线程的上下文切换是指CPU控制权由一个已经正在运行的线程切换到另外一个就绪并等待获取CPU执行权的线程的过程。

12、 java中用到的线程调度算法是什么

抢占式。一个线程用完CPU之后，操作系统会根据线程优先级、线程饥饿情况等数据算出一个总的优先级并分配下一个时间片给某个线程执行。

13、Thread.sleep(0)的作用是什么

这个问题和上面那个问题是相关的，我就连在一起了。由于Java采用抢占式的线程调度算法，因此可能会出现某条线程常常获取到CPU控制权的情况，为了让某些优先级比较低的线程也能获取到CPU控制权，可以使用Thread.sleep(0)手动触发一次操作系统分配时间片的操作，这也是平衡CPU控制权的一种操作

14、什么是乐观锁和悲观锁

（1）乐观锁：就像它的名字一样，对于并发间操作产生的线程安全问题持乐观状态，乐观锁认为竞争不总是会发生，因此它不需要持有锁，将比较-替换这两个动作作为一个原子操作尝试去修改内存中的变量，如果失败则表示发生冲突，那么就应该有相应的重试逻辑。（2）悲观锁：还是像它的名字一样，对于并发间操作产生的线程安全问题持悲观状态，悲观锁认为竞争总是会发生，因此每次对某资源进行操作时，都会持有一个独占的锁，就像synchronized，不管三七二十一，直接上了锁就操作资源了。

15、高并发、任务执行时间短的业务怎样使用线程池？并发不高、任务执行时间长的业务怎样使用线程池？并发高、业务执行时间长的业务怎样使用线程池？

（1）高并发、任务执行时间短的业务，线程池线程数可以设置为CPU核数+1，减少线程上下文的切换（2）并发不高、任务执行时间长的业务要区分开看：　　a）假如是业务时间长集中在IO操作上，也就是IO密集型的任务，因为IO操作并不占用CPU，所以不要让所有的CPU闲下来，可以加大线程池中的线程数目，让CPU处理更多的业务　　b）假如是业务时间长集中在计算操作上，也就是计算密集型任务，这个就没办法了，和（1）一样吧，线程池中的线程数设置得少一些，减少线程上下文的切换（3）并发高、业务执行时间长，解决这种类型任务的关键不在于线程池而在于整体架构的设计，看看这些业务里面某些数据是否能做缓存是第一步，增加服务器是第二步，至于线程池的设置，设置参考（2）。最后，业务执行时间长的问题，也可能需要分析一下，看看能不能使用中间件对任务进行拆分和解耦。