Java-多线程编程——基础篇及相关面试题

news2024/11/27 21:44:58

这里写目录标题

一、前言
二、进程与线程的基本概念
三、为什么Java中引入多线程？
- 3.1 并行处理
- 3.2 提高性能
- 3.3 提高响应能力
- 3.4 资源共享
- 3.5 异步编程
四、Java多线程-创建多线程的类和接口
- 4.1 Thread类
- 4.2 Runnable接口
五、示例代码
- 5.1 使用Thread类创建多线程
- 六、二者比较
七、二维表对比区别
八、总结及面试题
- 线程的生命周期包括哪些状态？
- Java中如何实现线程同步？
- 什么是线程安全？
- 如何实现线程间的通信？
- 什么是线程池？它的优点是什么？

一、前言

在计算机科学中，多线程是一种同时执行多个线程的技术。Java作为一种面向对象的编程语言，提供了丰富的多线程支持，使得开发者可以轻松地实现并发编程。

本文将介绍进程与线程的基本概念，并通过Java中的Thread类和Runnable接口来演示如何创建和管理多线程。

二、进程与线程的基本概念

进程是指在操作系统中运行的一个程序实例，它拥有自己的地址空间、文件句柄和其他系统资源。每个进程都是独立运行的，相互之间不会直接共享数据。

线程是进程中的执行单元，一个进程可以包含多个线程。线程共享进程的地址空间和其他系统资源，可以直接访问进程中的数据。多个线程可以并发执行，使得程序能够更高效地利用系统资源。

三、为什么Java中引入多线程？

Java中引入多线程的主要目的是为了提高程序的性能和响应能力。以下是一些使用多线程的主要原因：

3.1 并行处理

多线程允许程序同时执行多个任务，可以在同一时间段内执行多个操作。这对于需要同时处理多个任务或在后台执行耗时操作时非常有用。

3.2 提高性能

通过将任务分解为多个线程并行执行，可以充分利用多核处理器和多核服务器的计算能力，从而提高程序的处理速度和吞吐量。

3.3 提高响应能力

使用多线程可以使程序具有更好的用户体验，例如在图形界面应用程序中，将耗时的操作放在后台线程中执行，可以避免界面卡顿，提供更快的响应。

3.4 资源共享

多线程允许多个线程共享同一份资源，例如共享数据结构、文件、网络连接等。这样可以避免数据冗余和资源浪费，并且提高了程序的灵活性和效率。

3.5 异步编程

多线程使得编写异步代码更加方便，可以在不阻塞主线程的情况下进行并发操作。这对于处理I/O操作、网络请求等场景特别有用，可以提高程序的效率和响应能力。

四、Java多线程-创建多线程的类和接口

Java提供了两种主要的方式来创建多线程：通过继承Thread类或者实现Runnable接口。

4.1 Thread类

Thread类是Java提供的一个用于创建和管理线程的类。通过继承Thread类，可以定义一个新的线程类，并重写其run方法来定义线程的执行逻辑。

public class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        // 线程的执行逻辑
    }
}

4.2 Runnable接口

Runnable接口是一个函数式接口，定义了一个用于执行线程任务的run方法。通过实现Runnable接口，可以将线程任务与线程对象分离，提高代码的灵活性。

public class MyRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        // 线程的执行逻辑
    }
}

五、示例代码

下面分别演示了使用Thread类和Runnable接口创建多线程的示例代码。

5.1 使用Thread类创建多线程

使用Thread类创建多线程的示例代码如下：

public class ThreadExample extends Thread {
    public void run() {
        System.out.println("Thread is running");
    }

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

使用Runnable接口创建多线程的示例代码如下：

public class RunnableExample implements Runnable {
    public void run() {
        System.out.println("Thread is running");
    }

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

六、二者比较

Thread类与Runnable接口是Java中创建多线程的两种常见方式。下面是它们之间的比较：

继承关系：
- Thread类是一个具体的类，它直接继承自Object类。
- Runnable接口是一个函数式接口，可以被实现为lambda表达式或匿名类。
资源共享：
- 使用Thread类创建多线程时，如果需要多个线程之间共享数据，需要使用静态变量或通过继承来实现资源共享。
- 使用Runnable接口创建多线程时，可以将实现了Runnable接口的对象作为参数传递给Thread类的构造函数，多个线程可以共享同一个Runnable对象中的数据。
类型限制：
- 使用Thread类创建多线程时，由于继承关系的限制，一个类只能继承一个Thread类，因此无法再继承其他类。
- 使用Runnable接口创建多线程时，可以实现多个接口，因为Java支持多重接口继承。
灵活性：
- 使用Runnable接口创建多线程更加灵活，因为它不会消耗类的继承关系，可以方便地将Runnable对象传递给其他类进行处理。
- 使用Thread类创建多线程时，线程与类之间有较强的耦合性，不够灵活。