Java 面试八股文2023：多线程编程入门

# 1. 多线程基础

### 1.1 什么是多线程

- **定义**：多线程是指程序中包含多个执行线索（线程），每个线程可以并行执行不同的任务。在 Java 中，多线程允许我们同时执行多个任务，提高程序的并发性能。
- **特点**：
1. 提高程序响应速度：通过多线程可以同时执行多个任务，提高程序的响应速度。
2. 提高资源利用率：多线程可以更好地利用多核处理器的优势，提高系统资源的利用率。
3. 分离任务逻辑：通过多线程可以将不同的任务逻辑分离，提高代码的可维护性和代码复用性。
- **示例代码**：

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Hello from MyThread!");
    }

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

### 1.2 为什么需要多线程编程

- **提高性能**：多线程可以将不同任务分配给不同线程并行处理，从而提高程序的性能。
- **改善用户体验**：多线程可以保持界面的流畅性，避免因为一个任务而导致整个界面卡死。
- **提高资源利用率**：多线程可以更充分地利用多核CPU的优势，提高系统资源的利用率。
- **提高程序的响应速度**: 通过多线程可以让程序在处理耗时任务的同时，响应用户的其他操作，提高程序的交互性。
- **示例场景**：Web 服务器处理并发请求、GUI 应用程序保持界面交互性等。

通过上述多线程基础的介绍，我们了解到多线程是如何提高程序的性能、改善用户体验、提高资源利用率等方面的重要性，为我们进一步学习 Java 多线程编程奠定了基础。

# 2. Java 多线程编程基础

### 2.1 创建线程的三种方式

在 Java 中，创建线程有三种方式：

1. 继承 Thread 类，重写 run 方法：

    public class MyThread extends Thread {
        public void run() {
            System.out.println("This is a thread created by extending Thread class.");
        }
    }

2. 实现 Runnable 接口，作为参数传递给 Thread 对象：

    public class MyRunnable implements Runnable {
        public void run() {
            System.out.println("This is a thread created by implementing Runnable interface.");
        }
    }

    Runnable myRunnable = new MyRunnable();
    Thread thread = new Thread(myRunnable);

3. 使用匿名内部类实现线程：

    Thread thread = new Thread(new Runnable() {
        public void run() {
            System.out.println("This is a thread created using anonymous inner class.");
        }
    });

### 2.2 线程生命周期及状态转换

线程在其生命周期中会经历以下几种状态：

| 状态 | 描述 |
| --------- | ------------------------------------------------------------ |
| 新建 | 线程对象被创建，但还未调用 start() 方法 |
| 运行 | 线程开始运行，调用 start() 方法后线程进入运行状态 |
| 阻塞 | 线程被阻塞，例如调用 sleep()、wait() 方法或者被同步锁阻塞 |
| 等待 | 线程调用 wait() 方法进入等待状态 |
| 超时等待 | 线程调用 sleep() 或带超时参数的 wait() 进入超时等待状态 |
| 终止 | 线程执行完毕或者调用 stop()、interrupt() 方法终止 |

线程状态转换示意图：

graph LR
    A(新建) --> B(运行)
    B --> C(阻塞)
    C --> D(等待)
    C --> E(超时等待)
    B --> F(终止)
    D --> F(终止)
    E --> F(终止)

通过以上内容，我们可以初步了解 Java 中多线程的基础知识，包括如何创建线程以及线程在不同状态之间的转换。接下来我们将深入学习线程同步与互斥的内容。

# 3. 线程池的使用

线程池在多线程编程中扮演着非常重要的角色，可以有效地管理线程的创建与销毁，提高程序的性能和可维护性。接下来我们将深入探讨线程池的概念、实现与常用参数，以及线程池的常见使用场景与注意事项。

### 3.1 线程池的概念与作用

线程池是一种重用线程的机制，通常包括一个工作队列、线程管理器和一组工作线程。其主要作用包括减少线程创建和销毁的开销、控制并发线程数量以避免资源耗尽、提供线程超时处理等功能。

### 3.2 Java 中线程池的实现与常用参数

在 Java 中，线程池通常由 `java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor` 类实现，我们可以通过 `Executors` 工厂类来创建不同类型的线程池，常用的参数包括：

| 参数 | 描述 |
| ------------------ | ------------------------------------------------------------ |
| corePoolSize | 线程池的核心线程数，即保留在池中的线程数 |
| maximumPoolSize | 线程池的最大线程数，包括核心线程数和临时线程数 |
| keepAliveTime | 非核心线程的空闲时间，超过该时间会被销毁 |
| TimeUnit | 时间单位，用于指定 keepAliveTime 的时间单位 |
| workQueue | 任务队列，用于存放等待执行的任务 |
| ThreadFactory | 线程工厂，用于创建线程 |
| RejectedExecutionHandler | 拒绝执行任务的策略，当任务添加到线程池中被拒绝时的处理方式 |

### 3.3 线程池常见使用场景与注意事项

- **使用场景**：
- 短时任务的高并发场景
- 同步 I/O 操作
- 服务器后端开发

- **注意事项**：
- 合理设置线程池的参数，避免资源浪费或线程饥饿
- 注意处理任务执行异常，避免线程无法被释放
- 谨慎选择合适的任务队列，避免内存泄漏或任务丢失

下面我们通过一个简单的 Java 代码示例来演示线程池的基本用法：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ThreadPoolExample {

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);

        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            final int taskId = i;
            executor.submit(() -> {
                Syste