《JAVA八股真解》三、线程与锁

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1. 线程的状态

Java中的线程生命周期由Thread类的getState()方法返回，共有六种状态：

注意：线程从一个状态转换到另一个状态的过程是自动完成的，开发人员通常无需手动干预。

2. 创建线程的方式

Java提供了多种创建线程的方法，常见的有以下几种：

（1）继承Thread类

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

// 使用
MyThread thread = new MyThread();
thread.start();

（2）实现Runnable接口

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Thread running!");
    }
}

// 使用
Thread thread = new Thread(new MyRunnable());
thread.start();

（3）使用内部类

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("Thread running!");
            }
        };
        thread.start();
    }
}

（4）使用Lambda表达式（JDK 8+）

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> System.out.println("Thread running!"));
        thread.start();
    }
}

推荐：优先使用Runnable或Callable接口，避免继承带来的单继承限制。

3. 线程池核心参数

线程池是管理线程资源的重要工具，通过复用线程减少创建开销，提升系统性能。ThreadPoolExecutor是线程池的核心实现类。

ThreadPoolExecutor(
    int corePoolSize,           // 核心线程数
    int maximumPoolSize,        // 最大线程数
    long keepAliveTime,         // 空闲线程存活时间
    TimeUnit unit,              // 时间单位
    BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 工作队列
    ThreadFactory threadFactory, // 线程工厂
    RejectedExecutionHandler handler // 拒绝策略
)

参数详解：

• corePoolSize：核心线程数，即使空闲也不会被回收。
• maximumPoolSize：最大线程数，当工作队列满且当前线程数小于最大值时，会创建新线程。
• keepAliveTime：非核心线程的空闲超时时间，超过该时间会被回收。
• workQueue：任务队列，用于存放待处理的任务。
• threadFactory：用于创建新线程的工厂。
• handler：拒绝策略，当线程池无法接受新任务时的处理方式。

常见拒绝策略：

• AbortPolicy：抛出异常。
• DiscardPolicy：丢弃任务。
• DiscardOldestPolicy：丢弃最老的任务。
• CallerRunsPolicy：由调用者线程执行任务。

4. 如何创建线程池？

方式一：使用Executors工具类（不推荐）

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

缺点：容易导致资源耗尽，因为默认无界队列可能导致内存溢出。

方式二：手动创建ThreadPoolExecutor（推荐）

ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(
    10,                    // corePoolSize
    20,                    // maximumPoolSize
    60L,                   // keepAliveTime
    TimeUnit.SECONDS,
    new ArrayBlockingQueue<>(100), // workQueue
    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() // handler
);

建议：明确设置线程池参数，避免资源泄漏。

5. 线程池工作原理

线程池的工作流程如下：

1. 提交任务：将任务放入工作队列。
2. 检查核心线程数：如果当前线程数小于corePoolSize，则创建新线程执行任务。
3. 检查队列容量：如果线程数已达corePoolSize，且队列未满，则将任务加入队列。
4. 检查最大线程数：如果队列已满且当前线程数小于maximumPoolSize，则创建新线程。
5. 拒绝任务：如果线程数达到maximumPoolSize且队列已满，则触发拒绝策略。

图示：

提交任务 → 检查核心线程 → 添加到队列 → 创建新线程 → 执行任务 → 完成后回收

6. 线程池大小如何设定？

合理设置线程池大小对性能至关重要。

计算公式：

• CPU密集型任务：线程数 ≈ CPU核心数 + 1
  • 原因：避免过多线程争抢CPU资源，造成上下文切换开销。
• IO密集型任务：线程数 ≈ CPU核心数 × (1 + IO等待时间 / CPU计算时间)
  • 原因：IO操作期间线程处于等待状态，可利用空闲时间处理其他任务。

示例：假设服务器有4核CPU，平均每个任务需要1秒CPU时间和2秒IO等待，则线程数约为：

4 × (1 + 2/1) = 12

7. 线程池的拒绝策略有哪些？

选择依据：

• 若希望及时响应错误，选AbortPolicy。
• 若允许部分任务丢失，选DiscardPolicy。
• 若需保证关键任务执行，选CallerRunsPolicy。

8. 线程池是一个服务还是一个组件？为什么？

线程池更像是一种服务而非简单的组件。

原因：

1. 提供长期运行能力：线程池可以持续接收和处理任务，类似于Web服务器的请求处理。
2. 资源管理：它负责线程的生命周期管理、任务调度、异常处理等，具备完整的生命周期。
3. 可扩展性：支持动态调整线程数量、队列容量等参数，适应不同负载需求。

对比：普通组件通常是短生命周期的，而线程池作为后台服务，贯穿整个应用运行过程。

9. synchronized 和 lock 的区别

推荐：在需要复杂同步逻辑时使用Lock；简单场景下使用synchronized即可。

10. synchronized 的锁种类

synchronized关键字支持三种锁类型：

1. 对象锁（实例锁）：

   • 锁住当前对象实例，同一时刻只能有一个线程访问。
   • 示例：synchronized(this) 或 synchronized(obj)。

2. 类锁（静态锁）：

   • 锁住整个类，所有线程共享同一个锁。
   • 示例：synchronized(MyClass.class) 或 static synchronized method()。

3. 方法锁：

   • 在方法前加synchronized修饰符，等价于在方法体内加锁。
   • 示例：public synchronized void doSomething()。

注意：synchronized作用于对象时，锁的是对象本身；作用于类时，锁的是类的字节码。

11. 线程安全问题及解决方案

常见问题：

• 竞态条件（Race Condition）：多个线程同时修改共享数据，导致结果不可预测。
• 死锁（Deadlock）：两个或多个线程互相等待对方释放锁，形成循环依赖。
• 活锁（Livelock）：线程不断重复相同的操作，却无法前进。

解决方案：

• 使用synchronized或ReentrantLock保证临界区互斥。
• 使用volatile关键字确保可见性。
• 使用原子类（如AtomicInteger）替代基本类型。
• 使用线程安全集合（如ConcurrentHashMap）。

12. 线程池最佳实践

1. 避免使用Executors工具类创建线程池，应手动配置参数。
2. 合理设置线程池大小，根据任务类型选择合适的线程数。
3. 设置合理的队列容量，防止内存溢出。
4. 选择合适的拒绝策略，根据业务需求决定是否丢弃任务。
5. 监控线程池状态，定期检查活跃线程数、队列长度等指标。
6. 优雅关闭线程池，使用shutdown()或shutdownNow()。