第十章（多线程与并发篇）2024年Java求职面试与工作编程要点实录
【多线程与并发篇之4个核心问题】
三、多线程与并发（4个）
1、解释下Java中的线程状态？
在Java中，线程具有五种状态。
这五种状态，是线程在其生命周期内，可能经历的不同阶段。
这五种状态分别是：
新建（NEW）；
就绪（RUNNABLE）；
阻塞（BLOCKED）；
等待（WAITING）和超时等待（TIMED_WAITING）；
终止（TERMINATED）。
1）新建（NEW）
当创建一个新的Thread对象时，该线程就处于新建状态。
它还没有开始执行，仅仅是作为一个对象存在。
2）就绪（RUNNABLE）
一旦线程对象，调用了start方法，它就进入了就绪状态。
这意味着线程已经准备好执行，但是否真正执行，则取决于JVM的线程调度器。
3）阻塞（BLOCKED）
当线程试图获取一个内部的对象锁（而不是java.ncurrent.locks包中的锁）…
而该锁却被其他线程持有时，则该线程进入阻塞状态。
当持有锁的线程释放锁时，阻塞的线程将进入就绪状态。
4）等待和超时等待
等待（WAITING）：
当线程调用了不带超时参数的Object.wait方法、Thread.join方法…
或者LockSupport.park方法时，线程会进入等待状态。
等待状态中的线程，不会被分配CPU执行时间。
它们必须等待另一个线程，做出一些特定动作（例如通知）。
超时等待（TIMED_WAITING）：
这是线程等待的另一个状态，但有一个指定的等待时间。
当线程调用了Thread.sleep(longmillis)、Object.wait(longtimeout)…
或Thread.join(longmillis)等带有超时参数的方法时，线程会进入此状态。
5）终止（TERMINATED）
当线程执行完毕，或因为异常退出run方法后，线程就进入了终止状态。
这个线程对象，将不再是可调度的，并且它的任务已经完成了。
以上就是线程的五种状态啦！
你若理解了这些线程状态，那么对于编写高效，且线程安全的Java代码非常重要。
例如，你需要知道…
何时可能需要等待，或通知其他线程。
何时可能需要处理阻塞状态，以及如何避免线程死锁等问题。
…
2、谈谈Java中的synchronized关键字和ReentrantLock的区别？
在Java中，synchronized关键字和ReentrantLock都是用于实现同步的重要机制。
两者有四个方面的区别。
即它们在“实现方式、使用灵活性、性能以及功能特性”这四个方面存在一些明显的区别。
1）实现方式：
synchronized是Java语言内置的关键字，它在JVM层面实现，无法被继承。
它提供了对类或者实例的加锁机制，使得同一时间，只有一个线程可以执行某段代码。
ReentrantLock是Java的一个类。
它是Java.ncurrent.locks包下提供的一个互斥锁，通过代码实现。
因此，它提供了比synchronized更丰富的功能。
例如，可以中断等待锁的线程，也可以尝试获取锁。
2）使用灵活性：
synchronized的使用较为简单，只需要在方法或代码块前，加上关键字即可。
但是，它的锁粒度较大，无法精细控制需要同步的代码范围。
而ReentrantLock，则提供了更多的控制选项，。
例如，可以通过lock和unlock方法，显式地获取和释放锁。
这使得开发者，可以更加灵活地控制同步代码的范围。
此外，ReentrantLock还支持公平锁和非公平锁，而synchronized总是非公平的。
3）性能：
在Java6以及之后的版本中，synchronized和ReentrantLock的性能差距已经不大。
在某些情况下，ReentrantLock可能会比synchronized稍微快一些，因为它提供了更多的优化选项。
然而，这种差异通常是非常微小的，除非在特定的、高度竞争的环境中，否则很难观察到。
需要注意的是：
synchronized在发生异常时，会自动释放锁。
而ReentrantLock，则需要在finally块中显式地释放锁，否则可能导致死锁。
4）功能特性：
ReentrantLock提供了可中断的获取锁（lockInterruptibly）…
而synchronized是不支持这个功能的。
如果某个线程，在等待一个ReentrantLock…
那么其他线程，可以通过中断该等待线程，来使其放弃等待；
而synchronized，则做不到这一点。
ReentrantLock还提供了能够尝试获取锁的方法（tryLock）。
这个方法尝试获取锁，如果成功就返回true，否则立即返回false。
而synchronized，则无法做到。
综合以上四个方面的区别来说…
synchronized和ReentrantLock，都是Java中有效的同步工具，各有其优点和适用场景。
在选择使用哪种同步机制时，应根据具体的需求和上下文来决定。
对于简单的同步需求，synchronized可能是一个更好的选择…
因为它的使用更简单，且JVM会自动处理锁的获取和释放。
然而，对于更复杂的同步需求，或者需要更精细的控制同步范围的情况…
ReentrantLock，可能是一个更好的选择。
…
3、如何避免死锁？
避免死锁的方法有以下六点：
1）避免嵌套锁
尽量避免一个线程，在持有一个锁的同时，去请求另一个锁。
2）请求和释放锁的顺序
确保所有线程，以相同的顺序请求和释放锁。
3）使用定时锁
使用tryLock方法来请求锁，它允许线程等待锁一定的时间后放弃，从而避免死锁。
4）锁分割
将大的锁分割成几个小的锁，使得不同的线程，可以同时访问不同的资源。
5）避免线程持有锁的时间过长
当一个线程持有一个锁，并长时间不释放时…
就会阻塞其他线程的访问，并且增加了出现死锁的概率。
6）检测死锁
使用工具或JVM内置功能，来监控和检测系统中的死锁，然后进行相应的处理。
…
4、如何实现生产者消费者模型？
生产者消费者模型，是一种非常常见的并发编程模型。
它主要用于解决，生产者和消费者之间的速度不匹配问题。
在这种模型中，生产者生产数据，消费者消费数据，两者通过某种数据结构（如队列）进行通信。
以下是一个简单的生产者消费者模型的实现，使用了Java的内置并发工具类：
impor
java.ncurrent.BlockingQueue;
impor
java.ncurrent.LinkedBlockingQueue;
//生产者
classProducerimplementsRunnable{
privatefinalBlockingQueuequeue;
publicProducer(BlockingQueuequeue){
this.queue=queue;
}
@Override
publicvoidrun{
try{
for(inti=0;i<10;i++){
System.out.println(“Produced:“+i);
queue.put(i);
longsleepTime=(long)(Math.random*1000);
Thread.sleep(sleepTime);
}
}catch(InterruptedExceptione){
Thread.currentThread.interrupt;
}
}
}
//消费者
classConsumerimplementsRunnable{
privatefinalBlockingQueuequeue;
publicConsumer(BlockingQueuequeue){
this.queue=queue;
}
@Override
publicvoidrun{
try{
while(true){
Integeri=queue.take;
System.out.println(“Consumed:“+i);
longsleepTime=(long)(Math.random*1000);
Thread.sleep(sleepTime);
}
}catch(InterruptedExceptione){
Thread.currentThread.interrupt;
}
}
}
publicclassProducerConsumerExample{
publicstaticvoidmain(String[]args){
BlockingQueuequeue=newLinkedBlockingQueue<>(10);
Producerproducer=newProducer(queue);
Consumerconsumer=newConsumer(queue);
newThread(producer).start;
newThread(consumer).start;
}
}
在这个例子中，我们使用了…
java.ncurrent.BlockingQueue接口，作为生产者和消费者之间的共享数据结构。
这个接口，提供了线程安全的方法，来插入和移除元素。
当队列满时，生产者线程会阻塞，直到队列中有空间；
当队列空时，消费者线程会阻塞，直到队列中有元素。
Producer类中的run方法，会生产10个整数，并将它们放入队列中。
每次放入一个元素后，线程会随机休眠一段时间，模拟生产速度的不稳定。
Consumer类中的run方法，会无限循环地从队列中，取出元素并消费它们。
每次消费一个元素后，线程也会随机休眠一段时间，模拟消费速度的不稳定。
在main方法中…
我们创建了一个BlockingQueue实例；
以及一个生产者线程和一个消费者线程，并启动它们。
划重点：
上面这个简单的例子，并没有处理队列为空或满时的情况，也没有处理线程的中断。
所以，在实际应用中，你可能需要更复杂的逻辑来处理这些情况。
……
以上，就是今天的分享啦！
希望，对你有那么一点点、一丢丢、一戳戳地帮助哈～
所以哩…
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嘻嘻…
三、多线程与并发（4个）
1、解释下Java中的线程状态？
在Java中，线程具有五种状态。
这五种状态，是线程在其生命周期内，可能经历的不同阶段。
这五种状态分别是：
新建（NEW）；
就绪（RUNNABLE）；
阻塞（BLOCKED）；
等待（WAITING）和超时等待（TIMED_WAITING）；
终止（TERMINATED）。
1）新建（NEW）
当创建一个新的Thread对象时，该线程就处于新建状态。
它还没有开始执行，仅仅是作为一个对象存在。
2）就绪（RUNNABLE）
一旦线程对象，调用了start方法，它就进入了就绪状态。
这意味着线程已经准备好执行，但是否真正执行，则取决于JVM的线程调度器。
3）阻塞（BLOCKED）
当线程试图获取一个内部的对象锁（而不是java.ncurrent.locks包中的锁）…
而该锁却被其他线程持有时，则该线程进入阻塞状态。
当持有锁的线程释放锁时，阻塞的线程将进入就绪状态。
4）等待和超时等待
等待（WAITING）：
当线程调用了不带超时参数的Object.wait方法、Thread.join方法…
或者LockSupport.park方法时，线程会进入等待状态。
等待状态中的线程，不会被分配CPU执行时间。
它们必须等待另一个线程，做出一些特定动作（例如通知）。
超时等待（TIMED_WAITING）：
这是线程等待的另一个状态，但有一个指定的等待时间。
当线程调用了Thread.sleep(longmillis)、Object.wait(longtimeout)…
或Thread.join(longmillis)等带有超时参数的方法时，线程会进入此状态。
5）终止（TERMINATED）
当线程执行完毕，或因为异常退出run方法后，线程就进入了终止状态。
这个线程对象，将不再是可调度的，并且它的任务已经完成了。
以上就是线程的五种状态啦！
你若理解了这些线程状态，那么对于编写高效，且线程安全的Java代码非常重要。
例如，你需要知道…
何时可能需要等待，或通知其他线程。
何时可能需要处理阻塞状态，以及如何避免线程死锁等问题。
…
2、谈谈Java中的synchronized关键字和ReentrantLock的区别？
在Java中，synchronized关键字和ReentrantLock都是用于实现同步的重要机制。
两者有四个方面的区别。
即它们在“实现方式、使用灵活性、性能以及功能特性”这四个方面存在一些明显的区别。
1）实现方式：
synchronized是Java语言内置的关键字，它在JVM层面实现，无法被继承。
它提供了对类或者实例的加锁机制，使得同一时间，只有一个线程可以执行某段代码。
ReentrantLock是Java的一个类。
它是Java.ncurrent.locks包下提供的一个互斥锁，通过代码实现。
因此，它提供了比synchronized更丰富的功能。
例如，可以中断等待锁的线程，也可以尝试获取锁。
2）使用灵活性：
synchronized的使用较为简单，只需要在方法或代码块前，加上关键字即可。
但是，它的锁粒度较大，无法精细控制需要同步的代码范围。
而ReentrantLock，则提供了更多的控制选项，。
例如，可以通过lock和unlock方法，显式地获取和释放锁。
这使得开发者，可以更加灵活地控制同步代码的范围。
此外，ReentrantLock还支持公平锁和非公平锁，而synchronized总是非公平的。
3）性能：
在Java6以及之后的版本中，synchronized和ReentrantLock的性能差距已经不大。
在某些情况下，ReentrantLock可能会比synchronized稍微快一些，因为它提供了更多的优化选项。
然而，这种差异通常是非常微小的，除非在特定的、高度竞争的环境中，否则很难观察到。
需要注意的是：
synchronized在发生异常时，会自动释放锁。
而ReentrantLock，则需要在finally块中显式地释放锁，否则可能导致死锁。
4）功能特性：
ReentrantLock提供了可中断的获取锁（lockInterruptibly）…
而synchronized是不支持这个功能的。
如果某个线程，在等待一个ReentrantLock…
那么其他线程，可以通过中断该等待线程，来使其放弃等待；
而synchronized，则做不到这一点。
ReentrantLock还提供了能够尝试获取锁的方法（tryLock）。
这个方法尝试获取锁，如果成功就返回true，否则立即返回false。
而synchronized，则无法做到。
综合以上四个方面的区别来说…
synchronized和ReentrantLock，都是Java中有效的同步工具，各有其优点和适用场景。
在选择使用哪种同步机制时，应根据具体的需求和上下文来决定。
对于简单的同步需求，synchronized可能是一个更好的选择…
因为它的使用更简单，且JVM会自动处理锁的获取和释放。
然而，对于更复杂的同步需求，或者需要更精细的控制同步范围的情况…
ReentrantLock，可能是一个更好的选择。
…
3、如何避免死锁？
避免死锁的方法有以下六点：
1）避免嵌套锁
尽量避免一个线程，在持有一个锁的同时，去请求另一个锁。
2）请求和释放锁的顺序
确保所有线程，以相同的顺序请求和释放锁。
3）使用定时锁
使用tryLock方法来请求锁，它允许线程等待锁一定的时间后放弃，从而避免死锁。
4）锁分割
将大的锁分割成几个小的锁，使得不同的线程，可以同时访问不同的资源。
5）避免线程持有锁的时间过长
当一个线程持有一个锁，并长时间不释放时…
就会阻塞其他线程的访问，并且增加了出现死锁的概率。
6）检测死锁
使用工具或JVM内置功能，来监控和检测系统中的死锁，然后进行相应的处理。
…
4、如何实现生产者消费者模型？
生产者消费者模型，是一种非常常见的并发编程模型。
它主要用于解决，生产者和消费者之间的速度不匹配问题。
在这种模型中，生产者生产数据，消费者消费数据，两者通过某种数据结构（如队列）进行通信。
以下是一个简单的生产者消费者模型的实现，使用了Java的内置并发工具类：
impor
java.ncurrent.BlockingQueue;
impor
java.ncurrent.LinkedBlockingQueue;
//生产者
classProducerimplementsRunnable{
privatefinalBlockingQueue
publicProducer(BlockingQueue
this.queue=queue;
}
@Override
publicvoidrun{
try{
for(inti=0;i<10;i++){
System.out.println(“Produced:“+i);
queue.put(i);
longsleepTime=(long)(Math.random*1000);
Thread.sleep(sleepTime);
}
}catch(InterruptedExceptione){
Thread.currentThread.interrupt;
}
}
}
//消费者
classConsumerimplementsRunnable{
privatefinalBlockingQueue
publicConsumer(BlockingQueue
this.queue=queue;
}
@Override
publicvoidrun{
try{
while(true){
Integeri=queue.take;
System.out.println(“Consumed:“+i);
longsleepTime=(long)(Math.random*1000);
Thread.sleep(sleepTime);
}
}catch(InterruptedExceptione){
Thread.currentThread.interrupt;
}
}
}
publicclassProducerConsumerExample{
publicstaticvoidmain(String[]args){
BlockingQueue
Producerproducer=newProducer(queue);
Consumerconsumer=newConsumer(queue);
newThread(producer).start;
newThread(consumer).start;
}
}
在这个例子中，我们使用了…
java.ncurrent.BlockingQueue接口，作为生产者和消费者之间的共享数据结构。
这个接口，提供了线程安全的方法，来插入和移除元素。
当队列满时，生产者线程会阻塞，直到队列中有空间；
当队列空时，消费者线程会阻塞，直到队列中有元素。
Producer类中的run方法，会生产10个整数，并将它们放入队列中。
每次放入一个元素后，线程会随机休眠一段时间，模拟生产速度的不稳定。
Consumer类中的run方法，会无限循环地从队列中，取出元素并消费它们。
每次消费一个元素后，线程也会随机休眠一段时间，模拟消费速度的不稳定。
在main方法中…
我们创建了一个BlockingQueue实例；
以及一个生产者线程和一个消费者线程，并启动它们。
划重点：
上面这个简单的例子，并没有处理队列为空或满时的情况，也没有处理线程的中断。
所以，在实际应用中，你可能需要更复杂的逻辑来处理这些情况。
……
以上，就是今天的分享啦！
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