进程和线程的关系
(1)一个线程只能属于一个进程,而一个进程可以有多个线程,但至少有一个线程。线程是操作系统可识别的最小执行和调度单位。
(2)资源分配给进程,同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。 同一进程中的多个线程共享代码段(代码和常量),数据段(全局变量和静态变量),扩展段(堆存储)。但是每个线程拥有自己的栈段,栈段又叫运行时段,用来存放所有局部变量和临时变量。
(3)处理机分给线程,即真正在处理机上运行的是线程。
(4)线程在执行过程中,需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步
一个线程的生命周期:
线程是一个动态执行的过程,它也有一个从产生到死亡的过程。
- 新建状态:
使用 new 关键字和 Thread 类或其子类建立一个线程对象后,该线程对象就处于新建状态。它保持这个状态直到程序 start() 这个线程。
- 就绪状态:
当线程对象调用了start()方法之后,该线程就进入就绪状态。就绪状态的线程处于就绪队列中,要等待JVM里线程调度器的调度。
- 运行状态:
如果就绪状态的线程获取 CPU 资源,就可以执行 run(),此时线程便处于运行状态。处于运行状态的线程最为复杂,它可以变为阻塞状态、就绪状态和死亡状态。
- 阻塞状态:
如果一个线程执行了sleep(睡眠)、suspend(挂起)等方法,失去所占用资源之后,该线程就从运行状态进入阻塞状态。在睡眠时间已到或获得设备资源后可以重新进入就绪状态。可以分为三种:
等待阻塞:运行状态中的线程执行 wait() 方法,使线程进入到等待阻塞状态。
同步阻塞:线程在获取 synchronized 同步锁失败(因为同步锁被其他线程占用)。
其他阻塞:通过调用线程的 sleep() 或 join() 发出了 I/O 请求时,线程就会进入到阻塞状态。当sleep() 状态超时,join() 等待线程终止或超时,或者 I/O 处理完毕,线程重新转入就绪状态。
- 死亡状态:
一个运行状态的线程完成任务或者其他终止条件发生时,该线程就切换到终止状态。
线程的优先级
每一个 Java 线程都有一个优先级,这样有助于操作系统确定线程的调度顺序。
Java 线程的优先级是一个整数,其取值范围是 1 (Thread.MIN_PRIORITY ) - 10 (Thread.MAX_PRIORITY )。
默认情况下,每一个线程都会分配一个优先级 NORM_PRIORITY(5)。
具有较高优先级的线程对程序更重要,并且应该在低优先级的线程之前分配处理器资源。
但是,线程优先级不能保证线程执行的顺序, 而且非常依赖于平台。
创建一个线程
Java 提供了三种创建线程的方法:
- 通过实现 Runnable 接口;
- 通过继承 Thread 类本身;
- 通过 Callable 和 Future 创建线程。
通过实现 Runnable 接口来创建线程:
创建一个线程,最简单的方法是创建一个实现 Runnable 接口的类。
为了实现 Runnable,一个类只需要执行一个方法调用 run(),
你可以重写该方法,重要的是理解的 run() 可以调用其他方法,使用其他类,并声明变量,就像主线程一样。
在创建一个实现 Runnable 接口的类之后,你可以在类中实例化一个线程对象。
Thread 定义了几个构造方法,下面的这个是我们经常使用的:
这里,threadOb 是一个实现 Runnable 接口的类的实例,并且 threadName 指定新线程的名字。
新线程创建之后,你调用它的 start() 方法它才会运行。
下面是一个创建线程并开始让它执行的实例:
class RunnableDemo implements Runnable { private Thread t; private String threadName; RunnableDemo( String name) { threadName = name; System.out.println("Creating " + threadName ); } public void run() { System.out.println("Running " + threadName ); try { for(int i = 4; i > 0; i--) { System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i); // 让线程睡眠一会 Thread.sleep(50); } }catch (InterruptedException e) { System.out.println("Thread " + threadName + " interrupted."); } System.out.println("Thread " + threadName + " exiting."); } public void start () { System.out.println("Starting " + threadName ); if (t == null) { t = new Thread (this, threadName); t.start (); } } } public class TestThread { public static void main(String args[]) { RunnableDemo R1 = new RunnableDemo( "Thread-1"); R1.start(); RunnableDemo R2 = new RunnableDemo( "Thread-2"); R2.start(); } }
运行结果:
Creating Thread-1 Starting Thread-1 Creating Thread-2 Starting Thread-2 Running Thread-1 Thread: Thread-1, 4 Running Thread-2 Thread: Thread-2, 4 Thread: Thread-1, 3 Thread: Thread-2, 3 Thread: Thread-1, 2 Thread: Thread-2, 2 Thread: Thread-1, 1 Thread: Thread-2, 1 Thread Thread-1 exiting. Thread Thread-2 exiting.
通过start( )方法启动的线程。不管R1.start( )调用的run( )方法是否执行完,都继续执行R2.start( )。如果下面有别的代码也同样不需要等待th2.start( )执行完而继续执行。
继承Thread类创建线程类:
创建一个线程的第二种方法是创建一个新的类,该类继承 Thread 类,然后创建一个该类的实例。
继承类必须重写 run() 方法,该方法是新线程的入口点。它也必须调用 start() 方法才能执行。
该方法尽管被列为一种多线程实现方式,但是本质上也是实现了 Runnable 接口的一个实例。
class ThreadDemo extends Thread { private Thread t; private String threadName; ThreadDemo( String name) { threadName = name; System.out.println("Creating " + threadName ); } public void run() { System.out.println("Running " + threadName ); try { for(int i = 4; i > 0; i--) { System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i); // 让线程睡眠一会 Thread.sleep(50); } }catch (InterruptedException e) { System.out.println("Thread " + threadName + " interrupted."); } System.out.println("Thread " + threadName + " exiting."); } public void start () { System.out.println("Starting " + threadName ); if (t == null) { t = new Thread (this, threadName); t.start (); } } } public class TestThread { public static void main(String args[]) { ThreadDemo T1 = new ThreadDemo( "Thread-1"); T1.start(); ThreadDemo T2 = new ThreadDemo( "Thread-2"); T2.start(); } }
使用ExecutorService、Callable、Future实现由返回结果的多线程:
这种方式是之前没有尝试过的,ExecutorService是一个线程池接口,可返回值的任务必须实现Callable接口,无返回值得任务必须实现Runnable接口。执行Callable任务后,可以获取一个Future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ExecutorService接口就可以实现有返回结果的多线程了。
- /**
- * 有返回值的线程
- */
- @SuppressWarnings("unchecked")
- class Test {
- public static void main(String[] args) throws ExecutionException,
- InterruptedException {
- System.out.println("----程序开始运行----");
- Date date1 = new Date();
- int taskSize = 5;
- // 创建一个线程池
- ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);
- // 创建多个有返回值的任务
- List<Future> list = new ArrayList<Future>();
- for (int i = 0; i < taskSize; i++) {
- Callable c = new MyCallable(i + " ");
- // 执行任务并获取Future对象
- Future f = pool.submit(c);
- // System.out.println(">>>" + f.get().toString());
- list.add(f);
- }
- // 关闭线程池
- pool.shutdown();
- // 获取所有并发任务的运行结果
- for (Future f : list) {
- // 从Future对象上获取任务的返回值,并输出到控制台
- System.out.println(">>>" + f.get().toString());
- }
- Date date2 = new Date();
- System.out.println("----程序结束运行----,程序运行时间【"
- + (date2.getTime() - date1.getTime()) + "毫秒】");
- }
- }
- class MyCallable implements Callable<Object> {
- private String taskNum;
- MyCallable(String taskNum) {
- this.taskNum = taskNum;
- }
- public Object call() throws Exception {
- System.out.println(">>>" + taskNum + "任务启动");
- Date dateTmp1 = new Date();
- Thread.sleep(1000);
- Date dateTmp2 = new Date();
- long time = dateTmp2.getTime() - dateTmp1.getTime();
- System.out.println(">>>" + taskNum + "任务终止");
- return taskNum + "任务返回运行结果,当前任务时间【" + time + "毫秒】";
- }
- }
Thread 方法
下表列出了Thread类的一些重要方法:
序号 | 方法描述 |
---|---|
1 | public void start() 使该线程开始执行;Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。 |
2 | public void run() 如果该线程是使用独立的 Runnable 运行对象构造的,则调用该 Runnable 对象的 run 方法;否则,该方法不执行任何操作并返回。 |
3 | public final void setName(String name) 改变线程名称,使之与参数 name 相同。 |
4 | public final void setPriority(int priority) 更改线程的优先级。 |
5 | public final void setDaemon(boolean on) 将该线程标记为守护线程或用户线程。 |
6 | public final void join(long millisec) 等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒。 |
7 | public void interrupt() 中断线程。 |
8 | public final boolean isAlive() 测试线程是否处于活动状态。 |
测试线程是否处于活动状态。 上述方法是被Thread对象调用的。下面的方法是Thread类的静态方法。
序号 | 方法描述 |
---|---|
1 | public static void yield() 暂停当前正在执行的线程对象,并执行其他线程。 |
2 | public static void sleep(long millisec) 在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠(暂停执行),此操作受到系统计时器和调度程序精度和准确性的影响。 |
3 | public static boolean holdsLock(Object x) 当且仅当当前线程在指定的对象上保持监视器锁时,才返回 true。 |
4 | public static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用。 |
5 | public static void dumpStack() 将当前线程的堆栈跟踪打印至标准错误流。 |
线程池
1、线程池,其实就是一个容纳多个线程的容器,其中的线程可以反复使用,省去了频繁创建线程对象的操作,无需反复创建线程而消耗过多资源。(是什么)
2、那么,我们为什么需要用到线程池呢?每次用的时候手动创建不行吗?
在java中,如果每个请求到达就创建一个新线程,开销是相当大的。在实际使用中,创建和销毁线程花费的时间和消耗的系统资源都相当大,甚至可能要比在处理实际的用户请求的时间和资源要多的多。除了创建和销毁线程的开销之外,活动的线程也需要消耗系统资源。如果在一个jvm里创建太多的线程,可能会使系统由于过度消耗内存或"切换过度"而导致系统资源不足。为了防止资源不足,需要采取一些办法来限制任何给定时刻处理的请求数目,尽可能减少创建和销毁线程的次数,特别是一些资源耗费比较大的线程的创建和销毁,尽量利用已有对象来进行服务。(为什么)
线程池主要用来解决线程生命周期开销问题和资源不足问题。通过对多个任务重复使用线程,线程创建的开销就被分摊到了多个任务上了,而且由于在请求到达时线程已经存在,所以消除了线程创建所带来的延迟。这样,就可以立即为请求服务,使用应用程序响应更快;另外,通过适当的调整线程中的线程数目可以防止出现资源不足的情况。(什么用)
3、线程池都是通过线程池工厂创建,再调用线程池中的方法获取线程,再通过线程去执行任务方法。
- Executors:线程池创建工厂类
- public static ExecutorServicenewFixedThreadPool(int nThreads):返回线程池对象
- ExecutorService:线程池类
- Future<?> submit(Runnable task):获取线程池中的某一个线程对象,并执行
- Future 接口:用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用
4、这里介绍两种使用线程池创建线程的方法
1):使用Runnable接口创建线程池
使用线程池中线程对象的步骤:
- 1、创建线程池对象
- 2、创建 Runnable 接口子类对象
- 3、提交 Runnable 接口子类对象
- 4、关闭线程池
Test.java 代码如下:
import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class Test { public static void main(String[] args) { //创建线程池对象 参数5,代表有5个线程的线程池 ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5); //创建Runnable线程任务对象 TaskRunnable task = new TaskRunnable(); //从线程池中获取线程对象 service.submit(task); System.out.println("----------------------"); //再获取一个线程对象 service.submit(task); //关闭线程池 service.shutdown(); } }
TaskRunnable.java 接口文件如下:
public class TaskRunnable implements Runnable{ @Override public void run() { for (int i = 0; i < 1000; i++) { System.out.println("自定义线程任务在执行"+i); } } }
2)使用Callable接口创建线程池
Callable接口:与Runnable接口功能相似,用来指定线程的任务。其中的call()方法,用来返回线程任务执行完毕后的结果,call方法可抛出异常。
ExecutorService:线程池类
<T> Future<T> submit(Callable<T> task):获取线程池中的某一个线程对象,并执行线程中的 call() 方法
Future 接口:用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用
使用线程池中线程对象的步骤:
- 1、创建线程池对象
- 2、创建 Callable 接口子类对象
- 3、提交 Callable 接口子类对象
- 4、关闭线程池
Test.java 代码如下:
import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class Test{ public static void main(String[] args) { ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(3); TaskCallable c = new TaskCallable(); //线程池中获取线程对象,调用run方法 service.submit(c); //再获取一个 service.submit(c); //关闭线程池 service.shutdown(); } }
TaskCallable.java 接口文件如下:
import java.util.concurrent.Callable; public class TaskCallable implements Callable<Object>{ @Override public Object call() throws Exception { for (int i = 0; i < 1000; i++) { System.out.println("自定义线程任务在执行"+i); } return null; } }
方法:
currentThread()方法:
currentThread()方法可以返回代码段正在被哪个线程调用的信息。
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public class Run1{
public static void main(String[] args){
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
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sleep()方法:
但是有一点要非常注意,sleep方法不会释放锁,也就是说如果当前线程持有对某个对象的锁,则即使调用sleep方法,其他线程也无法访问这个对象。看下面这个例子就清楚了:
public
class
Test {
private
int
i =
10
;
private
Object object =
new
Object();
public
static
void
main(String[] args)
throws
IOException {
Test test =
new
Test();
MyThread thread1 = test.
new
MyThread();
MyThread thread2 = test.
new
MyThread();
thread1.start();
thread2.start();
}
class
MyThread
extends
Thread{
@Override
public
void
run() {
synchronized
(object) {
i++;
System.out.println(
"i:"
+i);
try
{
System.out.println(
"线程"
+Thread.currentThread().getName()+
"进入睡眠状态"
);
Thread.currentThread().sleep(
10000
);
}
catch
(InterruptedException e) {
// TODO: handle exception
}
System.out.println(
"线程"
+Thread.currentThread().getName()+
"睡眠结束"
);
i++;
System.out.println(
"i:"
+i);
}
}
}
}
输出结果:
从上面输出结果可以看出,当Thread-0进入睡眠状态之后,Thread-1并没有去执行具体的任务。只有当Thread-0执行完之后,此时Thread-0释放了对象锁,Thread-1才开始执行。
注意,如果调用了sleep方法,必须捕获InterruptedException异常或者将该异常向上层抛出。当线程睡眠时间满后,不一定会立即得到执行,因为此时可能CPU正在执行其他的任务。所以说调用sleep方法相当于让线程进入阻塞状态。
yield()方法:
调用yield方法会让当前线程交出CPU权限,让CPU去执行其他的线程。它跟sleep方法类似,同样不会释放锁。但是yield不能控制具体的交出CPU的时间,另外,yield方法只能让拥有相同优先级的线程有获取CPU执行时间的机会。
注意,调用yield方法并不会让线程进入阻塞状态,而是让线程重回就绪状态,它只需要等待重新获取CPU执行时间,这一点是和sleep方法不一样的。
代码:
public
class
MyThread
extends
Thread{
@Override
public
void
run() {
long
beginTime=System.currentTimeMillis();
int
count=
0
;
for
(
int
i=
0
;i<
50000000
;i++){
count=count+(i+
1
);
//Thread.yield();
}
long
endTime=System.currentTimeMillis();
System.out.println(
"用时:"
+(endTime-beginTime)+
" 毫秒!"
);
}
}
public
class
Run {
public
static
void
main(String[] args) {
MyThread t=
new
MyThread();
t.start();
}
}
start()方法:
start()用来启动一个线程,当调用start方法后,系统才会开启一个新的线程来执行用户定义的子任务,在这个过程中,会为相应的线程分配需要的资源。
run()方法:
run()方法是不需要用户来调用的,当通过start方法启动一个线程之后,当线程获得了CPU执行时间,便进入run方法体去执行具体的任务。注意,继承Thread类必须重写run方法,在run方法中定义具体要执行的任务。
getId()
getId()的作用是取得线程的唯一标识
代码:
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public class Test {
public static void main(String[] args) {
Thread t= Thread.currentThread();
System.out.println(t.getName()+ " " +t.getId());
}
}
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输出:
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main 1
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isAlive()方法
方法isAlive()的功能是判断当前线程是否处于活动状态
代码:
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public class MyThread extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println( "run=" + this .isAlive());
}
}
public class RunTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
MyThread myThread= new MyThread();
System.out.println( "begin ==" +myThread.isAlive());
myThread.start();
System.out.println( "end ==" +myThread.isAlive());
}
}
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程序运行结果:
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begin == false
run= true
end == false
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方法isAlive()的作用是测试线程是否偶处于活动状态。什么是活动状态呢?活动状态就是线程已经启动且尚未终止。线程处于正在运行或准备开始运行的状态,就认为线程是“存活”的。
有个需要注意的地方
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System.out.println( "end ==" +myThread.isAlive());
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虽然上面的实例中打印的值是true,但此值是不确定的。打印true值是因为myThread线程还未执行完毕,所以输出true。如果代码改成下面这样,加了个sleep休眠:
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public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
MyThread myThread= new MyThread();
System.out.println( "begin ==" +myThread.isAlive());
myThread.start();
Thread.sleep( 1000 );
System.out.println( "end ==" +myThread.isAlive());
}
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则上述代码运行的结果输出为false,因为mythread对象已经在1秒之内执行完毕。
join()方法
在很多情况下,主线程创建并启动了线程,如果子线程中要进行大量耗时运算,主线程往往将早于子线程结束之前结束。这时,如果主线程想等待子线程执行完成之后再结束,比如子线程处理一个数据,主线程要取得这个数据中的值,就要用到join()方法了。方法join()的作用是等待线程对象销毁。
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public class Thread4 extends Thread{
public Thread4(String name) {
super (name);
}
public void run() {
for ( int i = 0 ; i < 5 ; i++) {
System.out.println(getName() + " " + i);
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 启动子进程
new Thread4( "new thread" ).start();
for ( int i = 0 ; i < 10 ; i++) {
if (i == 5 ) {
Thread4 th = new Thread4( "joined thread" );
th.start();
th.join();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
}
}
}
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执行结果:
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main 0
main 1
main 2
main 3
main 4
new thread 0
new thread 1
new thread 2
new thread 3
new thread 4
joined thread 0
joined thread 1
joined thread 2
joined thread 3
joined thread 4
main 5
main 6
main 7
main 8
main 9
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由上可以看出main主线程等待joined thread线程先执行完了才结束的。如果把th.join()这行注释掉,运行结果如下:
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main 9
new thread 0
new thread 1
new thread 2
new thread 3
new thread 4
joined thread 0
joined thread 1
joined thread 2
joined thread 3
joined thread 4
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getName和setName
用来得到或者设置线程名称。
getPriority和setPriority
用来获取和设置线程优先级。
setDaemon和isDaemon
用来设置线程是否成为守护线程和判断线程是否是守护线程。
守护线程
在Java线程中有两种线程,一种是User Thread(用户线程),另一种是Daemon Thread(守护线程)。
Daemon的作用是为其他线程的运行提供服务,比如说GC线程。其实User Thread线程和Daemon Thread守护线程本质上来说去没啥区别的,唯一的区别之处就在虚拟机的离开:如果User Thread全部撤离,那么Daemon Thread也就没啥线程好服务的了,所以虚拟机也就退出了。
守护线程并非虚拟机内部可以提供,用户也可以自行的设定守护线程,方法:public final void setDaemon(boolean on) ;但是有几点需要注意:
- thread.setDaemon(true)必须在thread.start()之前设置,否则会跑出一个IllegalThreadStateException异常。你不能把正在运行的常规线程设置为守护线程。 (备注:这点与守护进程有着明显的区别,守护进程是创建后,让进程摆脱原会话的控制+让进程摆脱原进程组的控制+让进程摆脱原控制终端的控制;所以说寄托于虚拟机的语言机制跟系统级语言有着本质上面的区别)
- 在Daemon线程中产生的新线程也是Daemon的。 (这一点又是有着本质的区别了:守护进程fork()出来的子进程不再是守护进程,尽管它把父进程的进程相关信息复制过去了,但是子进程的进程的父进程不是init进程,所谓的守护进程本质上说就是“父进程挂掉,init收养,然后文件0,1,2都是/dev/null,当前目录到/”)
- 不是所有的应用都可以分配给Daemon线程来进行服务,比如读写操作或者计算逻辑。因为在Daemon Thread还没来的及进行操作时,虚拟机可能已经退出了。
守护线程和用户线程的区别在于:守护线程依赖于创建它的线程,而用户线程则不依赖。举个简单的例子:如果在main线程中创建了一个守护线程,当main方法运行完毕之后,守护线程也会随着消亡。而用户线程则不会,用户线程会一直运行直到其运行完毕。在JVM中,像垃圾收集器线程就是守护线程。
面试题
线程和进程有什么区别?
答:一个进程是一个独立(self contained)的运行环境,它可以被看作一个程序或者一个应用。而线程是在进程中执行的一个任务。线程是进程的子集,一个进程可以有很多线程,每条线程并行执行不同的任务。不同的进程使用不同的内存空间,而所有的线程共享一片相同的内存空间。别把它和栈内存搞混,每个线程都拥有单独的栈内存用来存储本地数据。
如何在Java中实现线程?
答:
创建线程有两种方式:
一、继承 Thread 类,扩展线程。
二、实现 Runnable 接口。
启动一个线程是调用run()还是start()方法?
答: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。
Thread类的sleep()方法和对象的wait()方法都可以让线程暂停执行,它们有什么区别?
答:sleep()方法(休眠)是线程类(Thread)的静态方法,调用此方法会让当前线程暂停执行指定的时间,将执行机会(CPU)让给其他线程,但是对象的锁依然保持,因此休眠时间结束后会自动恢复(线程回到就绪状态,请参考第66题中的线程状态转换图)。wait()是Object类的方法,调用对象的wait()方法导致当前线程放弃对象的锁(线程暂停执行),进入对象的等待池(wait pool),只有调用对象的notify()方法(或notifyAll()方法)时才能唤醒等待池中的线程进入等锁池(lock pool),如果线程重新获得对象的锁就可以进入就绪状态。
线程的sleep()方法和yield()方法有什么区别?
答:
① sleep()方法给其他线程运行机会时不考虑线程的优先级,因此会给低优先级的线程以运行的机会;yield()方法只会给相同优先级或更高优先级的线程以运行的机会;
② 线程执行sleep()方法后转入阻塞(blocked)状态,而执行yield()方法后转入就绪(ready)状态;
③ sleep()方法声明抛出InterruptedException,而yield()方法没有声明任何异常;
④ sleep()方法比yield()方法(跟操作系统CPU调度相关)具有更好的可移植性。
请说出与线程同步以及线程调度相关的方法。
答:
- 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;