Java多线程分析案例

1. 多线程的创建方式

（1）、继承 Thread类：但Thread本质上也是实现了Runnable 接口的一个实例，它代表一个线程的实例，并且，启动线程的唯一方法就是通过 Thread 类的 start()实例方法。start()方法是一个 native 方法，它将启动一个新线程，并执行run()方法。这种方式实现多线程很简单，通过自己的类直接extend Thread，并复写run()方法，就可以启动新线程并执行自己定义的run()方法。例如：继承Thread类实现多线程，并在合适的地方启动线程

1．public class MyThread extends Thread {
2．  public void run() {
3．   System.out.println("MyThread.run()");
4．  }
5．}  

6．MyThread myThread1 = new MyThread();
7．MyThread myThread2 = new MyThread();
8．myThread1.start();
9．myThread2.start();

（2）、实现Runnable接口的方式实现多线程，并且实例化Thread，传入自己的Thread实例，调用run( )方法

1．public class MyThread implements Runnable {
2．  public void run() {
3．   System.out.println("MyThread.run()");
4．  }
5．}
6．MyThread myThread = new MyThread();
7．Thread thread = new Thread(myThread);
8．thread.start(); 

（3）、使用ExecutorService、Callable、Future实现有返回结果的多线程：ExecutorService、Callable、Future这 个 对 象 实际 上 都是属 于 Executor 框 架中 的 功 能 类。 想 要详细 了 解 Executor 框架 的 可 以 访问http://www.javaeye.com/topic/366591 ，这里面对该框架做了很详细的解释。返回结果的线程是在JDK1.5中引入的新特征，确实很实用，有了这种特征我就不需要再为了得到返回值而大费周折了，而且即便实现了也可能漏洞百出。可返回值的任务必须实现Callable接口，类似的，无返回值的任务必须Runnable接口。执行Callable任务后，可以获取一个 Future 的对象，在该对象上调用 get 就可以获取到 Callable 任务返回的 Object 了，再结合线程池接口ExecutorService就可以实现传说中有返回结果的多线程了。下面提供了一个完整的有返回结果的多线程测试例子，在JDK1.5下验证过没问题可以直接使用。代码如下：

1．import java.util.concurrent.*;
2．import java.util.Date;
3．import java.util.List;
4．import java.util.ArrayList;
5．
6．/**
7．* 有返回值的线程
8．*/
9．@SuppressWarnings("unchecked")
10．public class Test {
11．public static void main(String[] args) throws ExecutionException,
12．    InterruptedException {
13．   System.out.println("----程序开始运行----");
14．   Date date1 = new Date();
15．
16．   int taskSize = 5;
17．   // 创建一个线程池
18．   ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);
19．   // 创建多个有返回值的任务
20．   List<Future> list = new ArrayList<Future>();
21．   for (int i = 0; i < taskSize; i++) {
22．    Callable c = new MyCallable(i + " ");
23．    // 执行任务并获取 Future 对象
24．    Future f = pool.submit(c);
25．    // System.out.println(">>>" + f.get().toString());
26．    list.add(f);
27．   }
28．   // 关闭线程池
29．   pool.shutdown();
30．
31．   // 获取所有并发任务的运行结果
32．   for (Future f : list) {
33．    // 从 Future 对象上获取任务的返回值，并输出到控制台
34．    System.out.println(">>>" + f.get().toString());
35．   }
36．
37．   Date date2 = new Date();
38．   System.out.println("----程序结束运行----，程序运行时间【"
39．     + (date2.getTime() - date1.getTime()) + "毫秒】");
40．}
41．}
42．
43．class MyCallable implements Callable<Object> {
44．private String taskNum;
45．
46．MyCallable(String taskNum) {
47．   this.taskNum = taskNum;
48．}
49．
50．public Object call() throws Exception {
51．   System.out.println(">>>" + taskNum + "任务启动");
52．   Date dateTmp1 = new Date();
53．   Thread.sleep(1000);
54．   Date dateTmp2 = new Date();
55．   long time = dateTmp2.getTime() - dateTmp1.getTime();
56．   System.out.println(">>>" + taskNum + "任务终止");
57．   return taskNum + "任务返回运行结果,当前任务时间【" + time + "毫秒】";   58．}
59．} 

2. 在 java 中 wait 和 sleep 方法的不同？ 

最大的不同是在等待时wait会释放锁，而sleep一直持有锁。wait通常被用于线程间交互，sleep通常被用于暂停执行。

3. synchronized 和 volatile 关键字的作用
一旦一个共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被volatile修饰之后，那么就具备了两层语义：
1）保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是
立即可见的。
2）禁止进行指令重排序。
volatile本质是在告诉jvm当前变量在寄存器（工作内存）中的值是不确定的，需要从主存中读取；
synchronized则是锁定当前变量，只有当前线程可以访问该变量，其他线程被阻塞住。
1.volatile仅能使用在变量级别；
synchronized则可以使用在变量、方法、和类级别的
2.volatile仅能实现变量的修改可见性，并不能保证原子性；
synchronized则可以保证变量的修改可见性和原子性
3.volatile不会造成线程的阻塞；
synchronized可能会造成线程的阻塞。
4.volatile标记的变量不会被编译器优化；
synchronized标记的变量可以被编译器优化

4. 分析线程并发访问代码解释原因 

1. public class Counter {
2.  private volatile int count = 0;
3.  public void inc(){
4.   try {
5.    Thread.sleep(3);
6.   } catch (InterruptedException e) {
7.    e.printStackTrace();
8.   }
9.   count++;
10.  }
11.  @Override
12.  public String toString() {
13.   return "[count=" + count + "]";
14.  }
15. }
16. //---------------------------------华丽的分割线-----------------------------
17. public class VolatileTest {
18.  public static void main(String[] args) {
19.   final Counter counter = new Counter();
20.   for(int i=0;i<1000;i++){
21.    new Thread(new Runnable() {
22.     @Override
23.     public void run() {
24.      counter.inc();
25.     }
26.    }).start();
27.   }
28.   System.out.println(counter);
29.  }
30. } 

上面的代码执行完后输出的结果确定为1000吗？
答案是不一定，或者不等于1000。这是为什么吗？
在 java 的内存模型中每一个线程运行时都有一个线程栈，线程栈保存了线程运行时候变量值信息。当线程访问某一个对象时候值的时候，首先通过对象的引用找到对应在堆内存的变量的值，然后把堆内存变量的具体值load到线程本地内存中，建立一个变量副本，之后线程就不再和对象在堆内存变量值有任何关系，而是直接修改副本变量的值，在修改完之后的某一个时刻（线程退出之前），自动把线程变量副本的值回写到对象在堆中变量。这样在堆中的对象的值就产生变化了。
也就是说上面主函数中开启了 1000 个子线程，每个线程都有一个变量副本，每个线程修改变量只是临时修改了自己的副本，当线程结束时再将修改的值写入在主内存中，这样就出现了线程安全问题。因此结果就不可能等于1000了，一般都会小于1000。

5. 什么是线程池，如何使用？

 

线程池就是事先将多个线程对象放到一个容器中，当使用的时候就不用new线程而是直接去池中拿线程即可，节省了开辟子线程的时间，提高的代码执行效率。
在JDK的java.util.concurrent.Executors中提供了生成多种线程池的静态方法。

1. ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool(); 
2. ExecutorService newFixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(4);
3. ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(4);
4. ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor(); 

然后调用他们的 execute 方法即可。

6. 常用的线程池有哪些？

newSingleThreadExecutor：创建一个单线程的线程池，此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。
newFixedThreadPool：创建固定大小的线程池，每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。
newCachedThreadPool：创建一个可缓存的线程池，此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小。
newScheduledThreadPool：创建一个大小无限的线程池，此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。
newSingleThreadExecutor：创建一个单线程的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

7. 请叙述一下您对线程池的理解？

第一：降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
第二：提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
第三：提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

8. 线程池的启动策略？

官方对线程池的执行过程描述如下：

26.  /*
27.          * Proceed in 3 steps:
28.          *
29.          * 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to
30.          * start a new thread with the given command as its first
31.          * task.  The call to addWorker atomically checks runState and
32.          * workerCount, and so prevents false alarms that would add
33.          * threads when it shouldn't, by returning false.
34.          *
35.          * 2. If a task can be successfully queued, then we still need
36.          * to double-check whether we should have added a thread
37.          * (because existing ones died since last checking) or that
38.          * the pool shut down since entry into this method. So we
39.          * recheck state and if necessary roll back the enqueuing if
40.          * stopped, or start a new thread if there are none.
41.          *
42.          * 3. If we cannot queue task, then we try to add a new
43.          * thread.  If it fails, we know we are shut down or saturated
44.          * and so reject the task.
45.          */ 

1、线程池刚创建时，里面没有一个线程。任务队列是作为参数传进来的。不过，就算队列里面有任务，线程池也不会马上执行它们。
2、当调用execute() 方法添加一个任务时，线程池会做如下判断：
a. 如果正在运行的线程数量小于 corePoolSize，那么马上创建线程运行这个任务；
b. 如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize，那么将这个任务放入队列。
c. 如果这时候队列满了，而且正在运行的线程数量小于 maximumPoolSize，那么还是要创建线程运行这个任务；
d. 如果队列满了，而且正在运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize，那么线程池会抛出异常，告诉调用者“我不能再接受任务了”。
3、当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行。
4、当一个线程无事可做，超过一定的时间（keepAliveTime）时，线程池会判断，如果当前运行的线程数大于corePoolSize，那么这个线程就被停掉。所以线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到 corePoolSize 的大小。

9. 如何控制某个方法允许并发访问线程的个数？

可以使用Semaphore控制，第16行的构造函数创建了一个Semaphore对象，并且初始化了5个信号。这样的效果是控件 test 方法最多只能有 5 个线程并发访问，对于 5 个线程时就排队等待，走一个来一下。第 33行，请求一个信号（消费一个信号），如果信号被用完了则等待，第45行释放一个信号，释放的信号新的线程就可以使用了。

10. 三个线程 a、b、c 并发运行，b,c 需要 a 线程的数据怎么实现

根据问题的描述，我将问题用以下代码演示，ThreadA、ThreadB、ThreadC，ThreadA 用于初始化数据 num，只有当num初始化完成之后再让ThreadB和ThreadC获取到初始化后的变量num。
分析过程如下：
考虑到多线程的不确定性，因此我们不能确保ThreadA就一定先于ThreadB和ThreadC前执行，就算ThreadA先执行了，我们也无法保证ThreadA什么时候才能将变量num给初始化完成。因此我们必须让ThreadB和ThreadC去等待ThreadA完成任何后发出的消息。
现在需要解决两个难题，一是让 ThreadB 和 ThreadC 等待 ThreadA 先执行完，二是 ThreadA 执行完之后给ThreadB和ThreadC发送消息。
解决上面的难题我能想到的两种方案，一是使用纯Java API的Semaphore类来控制线程的等待和释放，二是使用Android提供的Handler消息机制。

1. package com.example;
2. /**
3.  * 三个线程 a、b、c 并发运行，b,c 需要 a 线程的数据怎么实现（上海 3 期学员提供） 4.  *
5.  */
6. public class ThreadCommunication {
7.  private static int num;//定义一个变量作为数据
8.
9.  public static void main(String[] args) {
10.
11.   Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
12.
13.    @Override
14.    public void run() {
15.     try {
16.      //模拟耗时操作之后初始化变量 num
17.      Thread.sleep(1000);
18.      num = 1;
19.
20.     } catch (InterruptedException e) {
21.      e.printStackTrace();
22.     }
23.    }
24.   });
25.   Thread threadB = new Thread(new Runnable() {
26.
27.    @Override
28.    public void run() {
29.     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取到 num 的值为："+num);
30.    }
31.   });
32.   Thread threadC = new Thread(new Runnable() {
33.
34.    @Override
35.    public void run() {
36.     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取到 num 的值为："+num);
37.    }
38.   });
39.   //同时开启 3 个线程
40.   threadA.start();
41.   threadB.start();
42.   threadC.start();
43.
44.  }
45. }
46.

解决方案:

1. public class ThreadCommunication {
2.  private static int num;
3.  /**
4.   * 定义一个信号量，该类内部维持了多个线程锁，可以阻塞多个线程，释放多个线程，
5. 线程的阻塞和释放是通过 permit 概念来实现的
6.   * 线程通过 semaphore.acquire()方法获取 permit，如果当前 semaphore 有 permit 则分配给该线程，
7. 如果没有则阻塞该线程直到 semaphore
8.   * 调用 release（）方法释放 permit。
9.   * 构造函数中参数：permit（允许） 个数，
10.   */
11.  private static Semaphore semaphore = new Semaphore(0);
12.  public static void main(String[] args) {
13.
14.   Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
15.
16.    @Override
17.    public void run() {
18.     try {
19.      //模拟耗时操作之后初始化变量 num
20.      Thread.sleep(1000);
21.      num = 1;
22.      //初始化完参数后释放两个 permit
23.      semaphore.release(2);
24.
25.     } catch (InterruptedException e) {
26.      e.printStackTrace();
27.     }
28.    }
29.   });
30.   Thread threadB = new Thread(new Runnable() {
31.
32.    @Override
33.    public void run() {
34.     try {
35.      //获取 permit，如果 semaphore 没有可用的 permit 则等待，如果有则消耗一个
36.      semaphore.acquire();
37.     } catch (InterruptedException e) {
38.      e.printStackTrace();
39.     }
40.     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取到 num 的值为："+num);
41.    }
42.   });
43.   Thread threadC = new Thread(new Runnable() {
44.
45.    @Override
46.    public void run() {
47.     try {
48.      //获取 permit，如果 semaphore 没有可用的 permit 则等待，如果有则消耗一个
49.      semaphore.acquire();
50.     } catch (InterruptedException e) {
51.      e.printStackTrace();
52.     }
53.     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取到 num 的值为："+num);
54.    }
55.   });
56.   //同时开启 3 个线程
57.   threadA.start();
58.   threadB.start();
59.   threadC.start();
60.
61.  }
62. }

11. 同一个类中的 2 个方法都加了同步锁，多个线程能同时访问同一个类中的这两个方法吗？

这个问题需要考虑到Lock与synchronized 两种实现锁的不同情形。因为这种情况下使用Lock 和synchronized 会有截然不同的结果。Lock可以让等待锁的线程响应中断，Lock获取锁，之后需要释放锁。如下代码，多个线程不可访问同一个类中的2个加了Lock锁的方法。

而synchronized却不行，使用synchronized时，当我们访问同一个类对象的时候，是同一把锁，所以可以访问该对象的其他synchronized方法。

12. 什么情况下导致线程死锁，遇到线程死锁该怎么解决?

11.1 死锁的定义：所谓死锁是指多个线程因竞争资源而造成的一种僵局（互相等待），若无外力作用，这些进程都将无法向前推进。
11.2 死锁产生的必要条件：
互斥条件：线程要求对所分配的资源（如打印机）进行排他性控制，即在一段时间内某 资源仅为一个线程所占有。此时若有其他线程请求该资源，则请求线程只能等待。
不剥夺条件：线程所获得的资源在未使用完毕之前，不能被其他线程强行夺走，即只能由获得该资源的线程自己来释放（只能是主动释放)。
请求和保持条件：线程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其他线程占有，此时请求进程被阻塞，但对自己已获得的资源保持不放。
循环等待条件：存在一种线程资源的循环等待链，链中每一个线程已获得的资源同时被链中下一个线程所请求。即存在一个处于等待状态的线程集合{Pl, P2, ..., pn}，其中Pi等待的资源被P(i+1)占有（i=0, 1, ..., n-1)，Pn等待的资源被P0占有

产生死锁的一个例子

1．package .com;
2．/**
3．* 一个简单的死锁类
4．* 当 DeadLock 类的对象 flag==1 时（td1），先锁定 o1,睡眠 500 毫秒
5．* 而 td1 在睡眠的时候另一个 flag==0 的对象（td2）线程启动，先锁定 o2,睡眠 500 毫秒
6．* td1 睡眠结束后需要锁定 o2 才能继续执行，而此时 o2 已被 td2 锁定；
7．* td2 睡眠结束后需要锁定 o1 才能继续执行，而此时 o1 已被 td1 锁定；
8．* td1、td2 相互等待，都需要得到对方锁定的资源才能继续执行，从而死锁。
9．*/
10．public class DeadLock implements Runnable {
11．    public int flag = 1;
12．    //静态对象是类的所有对象共享的
13．    private static Object o1 = new Object(), o2 = new Object();
14．    public void run() {
15．        System.out.println("flag=" + flag);
16．        if (flag == 1) {
17．            synchronized (o1) {
18．                try {
19．                    Thread.sleep(500);
20．                } catch (Exception e) {
21．                    e.printStackTrace();
22．                }
23．                synchronized (o2) {
24．                    System.out.println("1");
25．                }
26．            }
27．        }
28．        if (flag == 0) {
29．            synchronized (o2) {
30．                try {
31．                    Thread.sleep(500);
32．                } catch (Exception e) {
33．                    e.printStackTrace();
34．                }
35．                synchronized (o1) {
36．                    System.out.println("0");
37．                }
38．            }
39．        }
40．    }
41．    public static void main(String[] args) {
42．        DeadLock td1 = new DeadLock();
43．        DeadLock td2 = new DeadLock();
44．        td1.flag = 1;
45．        td2.flag = 0;
46．        //td1,td2 都处于可执行状态，但 JVM 线程调度先执行哪个线程是不确定的。     47．        //td2 的 run()可能在 td1 的 run()之前运行
48．        new Thread(td1).start();
49．        new Thread(td2).start();
50．    }
51．} 

13. Java 中多线程间的通信怎么实现?

线程通信的方式：
1.共享变量
线程间通信可以通过发送信号，发送信号的一个简单方式是在共享对象的变量里设置信号值。线程 A 在一个同步块里设置 boolean 型成员变量 hasDataToProcess 为 true，线程 B 也在同步块里读取 hasDataToProcess这个成员变量。这个简单的例子使用了一个持有信号的对象，并提供了 set 和 get 方法

1．package igeekhome.com;
2．public class MySignal{
3． //共享的变量
4． private boolean hasDataToProcess=false;
5．  //取值
6． public boolean getHasDataToProcess() {
7．  return hasDataToProcess;
8． }
9．  //存值
10． public void setHasDataToProcess(boolean hasDataToProcess) {
11．  this.hasDataToProcess = hasDataToProcess;
12． }
13． public static void main(String[] args){
14．     //同一个对象
15．  final MySignal my=new MySignal();
16．     //线程 1 设置 hasDataToProcess 值为 true
17．  final Thread t1=new Thread(new Runnable(){
18．   public void run() {
19．    my.setHasDataToProcess(true);
20．   }
21．  });
22．  t1.start();
23．    //线程 2 取这个值 hasDataToProcess
24．  Thread t2=new Thread(new Runnable(){
25．   public void run() {
26．    try {
27．                  //等待线程 1 完成然后取值
28．     t1.join();
29．    } catch (InterruptedException e) {
30．     e.printStackTrace();
31．    }
32．    my.getHasDataToProcess();
33．    System.out.println("t1 改变以后的值：" + my.isHasDataToProcess()); 34．   }
35．  });
36．  t2.start();
37．}
38．}
结果： 

 t1 改变以后的值：true

2.wait/notify 机制
以资源为例，生产者生产一个资源，通知消费者就消费掉一个资源，生产者继续生产资源，消费者消费资源，以此循环。代码如下：

1．package igeekhome.com;
2．//资源类
3． class Resource{
4．    private String name;
5．    private int count=1;
6．    private boolean flag=false;
7．    public synchronized void set(String name){
8．     //生产资源
9．        while(flag) {
10．            try{
11．             //线程等待。消费者消费资源
12．             wait();
13．             }catch(Exception e){}
14．        }
15．        this.name=name+"---"+count++;
16．        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...生产者..."+this.name);
17．        flag=true;
18．        //唤醒等待中的消费者
19．        this.notifyAll();
20．        }
21．    public synchronized void out(){
22．     //消费资源
23．        while(!flag) {
24．         //线程等待，生产者生产资源
25．            try{wait();}catch(Exception e){}
26．        }
27．        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...消费者..."+this.name);
28．        flag=false;
29．        //唤醒生产者，生产资源
30．        this.notifyAll();
31．        }
32．}
33． //生产者
34． class Producer implements Runnable{
35．     private Resource res;
36．     Producer(Resource res){
37．         this.res=res;
38．     }
39．     //生产者生产资源
40．     public void run(){
41．         while(true){
42．             res.set("商品");
43．         }
44．     }
45． }
46． //消费者消费资源
47． class Consumer implements Runnable{
48．     private Resource res;
49．     Consumer(Resource res){
50．         this.res=res;
51．     }
52．     public void run(){
53．         while(true){
54．             res.out();
55．         }
56．     }
57． }
58．public class ProducerConsumerDemo{
59．    public static void main(String[] args){
60．        Resource r=new Resource();
61．        Producer pro=new Producer(r);
62．        Consumer con=new Consumer(r);
63．        Thread t1=new Thread(pro);
64．        Thread t2=new Thread(con);
65．        t1.start();
66．        t2.start();
67．    }
68．} 

14. 线程和进程的区别

进程：具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是操作系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
线程：是进程的一个实体，是cpu调度和分派的基本单位，是比进程更小的可以独立运行的基本单位。
特点：线程的划分尺度小于进程，这使多线程程序拥有高并发性，进程在运行时各自内存单元相互独立，线程之间内存共享，这使多线程编程可以拥有更好的性能和用户体验
注意：多线程编程对于其它程序是不友好的，占据大量cpu资源。

15. 请说出同步线程及线程调度相关的方法？

wait()：使一个线程处于等待（阻塞）状态，并且释放所持有的对象的锁；
sleep()：使一个正在运行的线程处于睡眠状态，是一个静态方法，调用此方法要处理InterruptedException异常；
notify()：唤醒一个处于等待状态的线程，当然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，而且与优先级无关；
notityAll()：唤醒所有处于等待状态的线程，该方法并不是将对象的锁给所有线程，而是让它们竞争，只有获得锁
的线程才能进入就绪状态；
注意：java 5 通过Lock接口提供了显示的锁机制，Lock接口中定义了加锁（lock（）方法）和解锁（unLock（）
方法），增强了多线程编程的灵活性及对线程的协调 

16. 启动一个线程是调用 run()方法还是 start()方法？

启动一个线程是调用 start()方法，使线程所代表的虚拟处理机处于可运行状态，这意味着它可以由 JVM 调度并执行，这并不意味着线程就会立即运行。
run()方法是线程启动后要进行回调（callback）的方法。