多线程与并发:Thread

本文详细探讨了Java线程的创建方式、生命周期阶段,包括线程安全问题及死锁概念,通过实例解析并发控制。还涵盖了面试中常见的线程问题,如run与start区别、wait与sleep差异等。

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本文主要探讨以下几个问题:

  1. 线程的创建
  2. 线程的生命周期
  3. 线程安全问题
  4. 常见面试题

线程的创建

线程的创建方式有且仅有2种
  1. 继承Thread类
  2. 实现Runnable接口交给Thread执行

有源码证明
线程的创建方式有且仅有2种

区别:单继承,实现接口更灵活

线程的生命周期

Java中线程的状态分为6种:

  1. 初始(NEW):新创建了一个线程对象,但还没有调用start()方法。
  2. 运行(RUNNABLE):Java线程中将就绪(ready)和运行中(running)两种状态笼统的称为“运行”。
    线程对象创建后,其他线程(比如main线程)调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中,等待被线程调度选中,获取CPU的使用权,此时处于就绪状态(ready)。就绪状态的线程在获得CPU时间片后变为运行中状态(running)。
  3. 阻塞(BLOCKED):表示线程阻塞于锁。只有使用synchronized才会阻塞,使用Lock进入的是等待或超时等待!阻塞是被动进入,等待是主动进入!
  4. 等待(WAITING):进入该状态的线程需要等待其他线程做出一些特定动作(通知或中断)。
  5. 等待超时(TIMED_WAITING):该状态不同于WAITING,它可以在指定的时间后自行返回。
  6. 终止(TERMINATED):表示该线程已经执行完毕。

状态之间的变迁如下图所示
在这里插入图片描述

线程安全问题

死锁

指两个或两个以上的进程在执行过程中,由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁

举个栗子:A和B去按摩洗脚,都想在洗脚的时候,同时顺便做个头部按摩,13技师擅长足底按摩,14擅长头部按摩。
这个时候A先抢到14,B先抢到13,两个人都想同时洗脚和头部按摩,于是就互不相让,扬言我死也不让你,这样的话,A抢到14,想要13,B抢到13,想要14,在这个想同时洗脚和头部按摩的事情上A和B就产生了死锁。怎么解决这个问题呢?

第一种,假如这个时候,来了个15,刚好也是擅长头部按摩的,A又没有两个脑袋,自然就归了B,于是B就美滋滋的洗脚和做头部按摩,剩下A在旁边气鼓鼓的,这个时候死锁这种情况就被打破了,不存在了。

第二种,C出场了,用武力强迫A和B,必须先做洗脚,再头部按摩,这种情况下,A和B谁先抢到13,谁就可以进行下去,另外一个没抢到的,就等着,这种情况下,也不会产生死锁。

总结一下
  • 死锁是必然发生在多操作者(M>=2个)情况下,争夺多个资源(N>=2个,且N<=M)才会发生这种情况。很明显,单线程自然不会有死锁,只有B一个去,不要2个,打十个都没问题;单资源呢?只有13,A和B也只会产生激烈竞争,打得不可开交,谁抢到就是谁的,但不会产生死锁。同时,死锁还有几个要求
  • 争夺资源的顺序不对,如果争夺资源的顺序是一样的,也不会产生死锁;
  • 争夺者拿到资源不放手。

可以用显示锁Lock解决这个问题

	//第一个锁
    private static Lock No13 = new ReentrantLock();
    //第二个锁
    private static Lock No14 = new ReentrantLock();
     //先尝试拿No13 锁,再尝试拿No14锁,No14锁没拿到,连同No13 锁一起释放掉
    private static void fisrtToSecond() throws InterruptedException {
        String threadName = Thread.currentThread().getName();
        Random r = new Random();
        while(true){
            if(No13.tryLock()){
                System.out.println(threadName +" get 13");
                try{
                    if(No14.tryLock()){
                        try{
                            System.out.println(threadName +" get 14");
                            System.out.println("fisrtToSecond do work------------");
                            break;
                        }finally{
                            No14.unlock();
                        }
                    }
                }finally {
                    No13.unlock();
                }
            }
            //  休眠一小段时间,避免活锁
            //  sleep会释放CPU但不会释放锁,所以放在锁之外
            Thread.sleep(r.nextInt(3));
        }
    }
死锁发生的四个必要条件
  1. 互斥条件:指进程对所分配到的资源进行排它性使用,即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源,则请求者只能等待,直至占有资源的进程用毕释放
  2. 请求和保持条件:指进程已经保持至少一个资源,但又提出了新的资源请求,而该资源已被其它进程占有,此时请求进程阻塞,但又对自己已获得的其它资源保持不放
  3. 不剥夺条件:指进程已获得的资源在未使用完之前不能被剥夺,只能在使用完成后由自己释放
  4. 环路等待条件:指在发生死锁时,必然存在一个进程——资源的环形链,即进程集合{P0,P1,P2,···,Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源;P1正在等待P2占用的资源,……,Pn正在等待已被P0占用的资源
如何预防死锁的产生

只要打破四个必要条件的任何一个即可预防死锁

  • 打破互斥条件:改造独占性资源为虚拟资源,大部分资源已无法改造。
  • 打破不可抢占条件:当一进程占有一独占性资源后又申请一独占性资源而无法满足,则退出原占有的资源。
  • 打破占有且申请条件:采用资源预先分配策略,即进程运行前申请全部资源,满足则运行,不然就等待,这样就不会占有且申请。
  • 打破循环等待条件:实现资源有序分配策略,对所有设备实现分类编号,所有进程只能采用按序号递增的形式申请资源
死锁的危害
  • 线程不工作了,但是整个程序还是活着的
  • 没有任何的异常信息可以供我们检查。
  • 一旦程序发生了发生了死锁是没有任何的办法恢复的,只能重启程序,对正式已发布程序来说是个很严重的问题。

活锁

两个线程在尝试拿锁的机制中,发生多个线程之间互相谦让,不断发生同一个线程总是拿到同一把锁,在尝试拿另一把锁时因为拿不到,而将本来已经持有的锁释放的过程

解决办法:每个线程休眠随机数,错开拿锁的时间

线程饥饿

低优先级的线程,总是拿不到执行时间

常见面试题

【面试题1】run 与 start 区别
:run是函数调用,start是启动线程

【面试题2】wait 与 sleep 区别
:wait 需要notify唤醒,会释放锁;sleep 时间结束后进入就绪状态,不会释放锁

【面试题3】如何控制线程的执行顺序
:join函数
在这里插入图片描述
【面试题4】守护线程
:setDaemon,设置守护线程后,主线程结束后不管子线程是否结束,都会强制结束

【面试题5】线程停止
:stop函数,强制停止,不确定资源是否释放;interrupt,对线程进行中断,更改标志位,不是立即停止,线程可以不理会!线程是协作式,不是抢占式!

【面试题6】java能不能指定CPU执行某个线程
:不能,java做不到,C调用核心api可以指定

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