JAVA面试题---多线程（Java并发编程）

多线程

保证数据的一致性有哪些方案呢？（可以通过事务管理、锁机制和版本控制等方式）

• 事务管理：使用数据库事务来确保一组数据库操作要么全部成功提交，要么全部失败回滚。通过ACID（原子性、一致性、隔离性、持久性）属性，数据库事务可以保证数据的一致性。
• 锁机制：使用锁来实现对共享资源的互斥访问。在 Java 中，可以使用 synchronized 关键字、ReentrantLock 或其他锁机制来控制并发访问，从而避免并发操作导致数据不一致。
• 版本控制：通过乐观锁的方式，在更新数据时记录数据的版本信息，从而避免同时对同一数据进行修改，进而保证数据的一致性。

线程的创建方式有哪些?（1、继承Thread类（简单但限制继承）、2、实现Runnable接口（灵活解耦任务与线程）、3、使用线程池（资源复用高效管理）实现，分别适用于简单场景、灵活开发和高并发需求）

1.继承Thread类

这是最直接的一种方式，用户自定义类继承java.lang.Thread类，重写其run()方法，run()方法中定义了线程执行的具体任务。创建该类的实例后，通过调用start()方法启动线程。

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // 线程执行的代码
    }
}

public static void main(String[] args) {
    MyThread t = new MyThread();
    t.start();
}

采用继承Thread类方式

优点: 编写简单，如果需要访问当前线程，无需使用Thread.currentThread ()方法，直接使用this，即可获得当前线程
缺点:因为线程类已经继承了Thread类，所以不能再继承其他的父类

2.实现Runnable接口（底层用了代理模式）

如果一个类已经继承了其他类，就不能再继承Thread类，此时可以实现java.lang.Runnable接口。实现Runnable接口需要重写run()方法，然后将此Runnable对象作为参数传递给Thread类的构造器，创建Thread对象后调用其start()方法启动线程。

class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // 线程执行的代码
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Thread t = new Thread(new MyRunnable());
    t.start();
}

采用实现Runnable接口方式：

优点：线程类只是实现了Runable接口，还可以继承其他的类。在这种方式下，可以多个线程共享同一个目标对象，所以非常适合多个相同线程来处理同一份资源的情况，从而可以将CPU代码和数据分开，形成清晰的模型，较好地体现了面向对象的思想。
缺点：编程稍微复杂，如果需要访问当前线程，必须使用Thread.currentThread()方法。

3、使用线程池（Executor框架）
从Java 5开始引入的java.util.concurrent.ExecutorService和相关类提供了线程池的支持，这是一种更高效的线程管理方式，避免了频繁创建和销毁线程的开销。可以通过Executors类的静态方法创建不同类型的线程池。

class Task implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // 线程执行的代码
    }
}

public static void main(String[] args) {
    ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);  // 创建固定大小的线程池
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        executor.submit(new Task());  // 提交任务到线程池执行
    }
    executor.shutdown();  // 关闭线程池
}

采用线程池方式：

缺点：程池增加了程序的复杂度，特别是当涉及线程池参数调整和故障排查时。错误的配置可能导致死锁、资源耗尽等问题，这些问题的诊断和修复可能较为复杂。
优点：线程池可以重用预先创建的线程，避免了线程创建和销毁的开销，显著提高了程序的性能。对于需要快速响应的并发请求，线程池可以迅速提供线程来处理任务，减少等待时间。并且，线程池能够有效控制运行的线程数量，防止因创建过多线程导致的系统资源耗尽（如内存溢出）。通过合理配置线程池大小，可以最大化CPU利用率和系统吞吐量。

调用 interrupt 是如何让线程抛出异常的（停止一个线程的运行）?(线程中断状态初始为false，interrupt()会中断阻塞方法（如sleep()）并抛异常，或仅标记状态供线程主动检测以终止任务)( Thread.interrupt() 触发线程中断状态，结合中断检测逻辑实现安全停止)

每个线程都一个与之关联的布尔属性来表示其中断状态，中断状态的初始值为false，当一个线程被其它线程调用Thread.interrupt()方法中断时，会根据实际情况做出响应。

• 如果该线程正在执行低级别的可中断方法（如Thread.sleep()、Thread.join()或Object.wait()），则会解除阻塞并抛出InterruptedException异常。
• 否则Thread.interrupt()仅设置线程的中断状态，在该被中断的线程中稍后可通过轮询中断状态来决定是否要停止当前正在执行的任务。

Java线程的状态有哪些？

源自《Java并发编程艺术》 java.lang.Thread.State枚举类中定义了六种线程的状态，可以调用线程Thread中的getState()方法获取当前线程的状态。

线程状态	解释
NEW	尚未启动的线程状态（线程已创建，但未调用start()方法）
RUNNABLE	就绪或运行中状态（调用start()后等待调度或正在执行）
BLOCKED	线程因等待监视器锁（如synchronized锁）被阻塞
WAITING	无限期等待其他线程操作（如Object.wait()或Thread.join()无参调用）
TIMED_WAITING	带超时时间的等待（如Thread.sleep(n)或Object.wait(timeout)）
TERMINATED	线程执行完毕，终止状态

sleep 和 wait的区别是什么？（sleep() 是 不释放锁的线程暂停（自动恢复），而 wait() 是 释放锁的线程协作（需主动唤醒或超时））

对比例表：

特性	sleep()	wait()
所属类	Thread 类（静态方法）	Object 类（实例方法）
锁释放	❌ 不释放锁	✅ 释放当前持有的锁
使用前提	任意位置直接调用	必须在同步代码块内（需持有锁）
唤醒机制	超时后自动恢复	依赖 notify()会随机唤醒一个在该对象上等待的线程/notifyAll() 或超时
设计用途	暂停线程，不涉及锁协作	线程间协调，释放锁让其他线程工作

sleep会释放cpu吗？（会，线程会释放 CPU 时间片让其他线程运行，但不会释放已持有的锁）

BLOCKED和WAITING 有啥区别（BLOCKED 是 锁竞争失败后被动进入 的状态（锁释放后自动恢复），而 WAITING 是 主动调用等待方法触发 的状态（需显式唤醒或超时））

notify 和 notifyAll 的区别?（ notify() 随机唤醒一个等待线程（其他线程仍阻塞），而 notifyAll() 唤醒所有等待线程使其竞争锁（最终仍只有一个获得锁），前者可能导致线程"饥饿"，后者更公平但可能引发资源争抢。）

不同的线程之间如何通信？

共享变量是最基本的线程间通信方式。多个线程可以访问和修改同一个共享变量，从而实现信息的传递。为了保证线程安全，通常需要使用 synchronized 关键字或 volatile 关键字。

volatile (无法保证操作的原子性，适用于简单状态标记)

class SharedVariableExample {
    // 使用 volatile 关键字保证变量的可见性
    private static volatile boolean flag = false;

    public static void main(String[] args) {
        // 生产者线程
        Thread producer = new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            // 修改共享变量
            flag = true;
            System.out.println("Producer: Flag is set to true.");
        });

        // 消费者线程
        Thread consumer = new Thread(() -> {
            while (!flag) {
                // 等待共享变量被修改
            }
            System.out.println("Consumer: Flag is now true.");
        });

        producer.start();
        consumer.start();
    }
}

代码解释

volatile 关键字确保了 flag 变量在多个线程之间的可见性，即一个线程修改了 flag 的值，其他线程能立即看到。
生产者线程在睡眠 2 秒后将 flag 设置为 true，消费者线程在 flag 为 false 时一直等待，直到 flag 变为 true 才继续执行。

synchronized + wait/notify(Object 类中的)

Object 类中的 wait()、notify() 和 notifyAll() 方法可以用于线程间的协作。wait() 方法使当前线程进入等待状态，notify() 方法唤醒在此对象监视器上等待的单个线程，notifyAll() 方法唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。

class WaitNotifyExample {
    private static final Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        // 生产者线程
        Thread producer = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                try {
                    System.out.println("Producer: Producing...");
                    Thread.sleep(2000);
                    System.out.println("Producer: Production finished. Notifying consumer.");
                    // 唤醒等待的线程
                    lock.notify();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });

        // 消费者线程
        Thread consumer = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                try {
                    System.out.println("Consumer: Waiting for production to finish.");
                    // 进入等待状态
                    lock.wait();
                    System.out.println("Consumer: Production finished. Consuming...");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });

        consumer.start();
        producer.start();
    }
}

代码解释：

lock 是一个用于同步的对象，生产者和消费者线程都需要获取该对象的锁才能执行相应的操作。
消费者线程调用 lock.wait() 方法进入等待状态，释放锁；生产者线程执行完生产任务后调用 lock.notify() 方法唤醒等待的消费者线程。

ReentrantLock(显式锁)和 Condition(条件变量)

java.util.concurrent.locks 包中的 Lock 和 Condition 接口提供了比 synchronized 更灵活的线程间通信方式。Condition 接口的 await() 方法类似于 wait() 方法，signal() 方法类似于 notify() 方法，signalAll() 方法类似于 notifyAll() 方法。

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

class LockConditionExample {
    private static final Lock lock = new ReentrantLock();
    private static final Condition condition = lock.newCondition();

    public static void main(String[] args) {
        // 生产者线程
        Thread producer = new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println("Producer: Producing...");
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("Producer: Production finished. Notifying consumer.");
                // 唤醒等待的线程
                condition.signal();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        });

        // 消费者线程
        Thread consumer = new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println("Consumer: Waiting for production to finish.");
                // 进入等待状态
                condition.await();
                System.out.println("Consumer: Production finished. Consuming...");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        });

        consumer.start();
        producer.start();
    }
}

代码解释：

ReentrantLock 是 Lock 接口的一个实现类，condition 是通过 lock.newCondition() 方法创建的。
消费者线程调用 condition.await() 方法进入等待状态，生产者线程执行完生产任务后调用 condition.signal() 方法唤醒等待的消费者线程。