【面试题-009】线程的生命周期和状态

文章目录

java如何创建线程
- - 继承 `Thread` 类
  - 使用 `Runnable` 接口
  - 选择继承还是实现接口
线程池的核心参数和原理
- - 核心参数
  - 原理
为什么是先添加队列队列满了在创建最大线程？

在 Java 中，线程的生命周期包括几个不同的状态，这些状态可以由线程的状态机（State Machine）来表示。线程状态的转换遵循一定的规则，并且可以通过 Java 线程 API 来监控和控制。以下是 Java 线程的生命周期及其状态：

新建（New）状态：
- 当线程被创建时，它处于新建状态。在这个状态下，线程还没有开始执行。
- 可以通过 start() 方法将线程从新建状态转换为就绪状态。
就绪（Runnable）状态：
- 线程调用 start() 方法后，它进入就绪状态。在这个状态下，线程已经准备好执行，但是它还不能立即执行，因为它需要等待操作系统分配CPU时间。
- 线程从就绪状态转换为运行状态，需要依赖于操作系统的调度器。
运行（Running）状态：
- 线程获得CPU时间后，进入运行状态。在这个状态下，线程正在执行。
- 如果线程正在执行，但是由于某些原因（如等待IO操作完成）而暂时无法继续执行，它将转换为阻塞状态。
阻塞（Blocked）状态：
- 线程由于等待外部资源（如等待同步锁、等待IO操作完成等）而无法继续执行时，它进入阻塞状态。
- 阻塞状态的线程不会占用CPU时间。当等待的资源可用时，线程将转换为就绪状态。
等待（Waiting）状态：
- 线程执行 Object.wait() 方法后，进入等待状态。在这个状态下，线程不会被分配CPU时间，并且不会被操作系统调度。
- 线程从等待状态转换为就绪状态，需要等待其他线程调用 Object.notify() 或 Object.notifyAll() 方法。
计时等待（Timed Waiting）状态：
- 线程执行 Thread.sleep() 或 Object.wait(long timeout) 方法后，进入计时等待状态。
- 与等待状态类似，计时等待状态的线程不会被分配CPU时间，并且不会被操作系统调度。
- 线程从计时等待状态转换为就绪状态，有两种情况：一种是等待时间到期，另一种是其他线程调用 Thread.interrupt() 方法。
终止（Terminated）状态：
- 线程执行完毕后，进入终止状态。在这个状态下，线程不再运行。
- 一旦线程进入终止状态，它就不能再被启动或恢复。
  Java 线程的状态转换遵循一定的规则，并且可以通过 Java 线程 API 来监控和控制。了解线程的生命周期和状态对于编写多线程应用程序非常重要。

java如何创建线程

在 Java 中，有多种方式可以创建线程，包括继承 Thread 类和使用 Runnable 接口。以下是这两种方法的基本步骤：

继承 `Thread` 类

创建一个新类，继承自 Thread 类。
重写 run() 方法，在这个方法中编写线程要执行的代码。
创建新类的对象。
调用 start() 方法，启动线程。

class MyThread extends Thread {public void run() {// 线程要执行的代码System.out.println("Thread is running.");}
}
public class Main {public static void main(String[] args) {MyThread thread = new MyThread();thread.start(); // 启动线程}
}

使用 `Runnable` 接口

创建一个新类，实现 Runnable 接口。
实现 run() 方法，在这个方法中编写线程要执行的代码。
创建新类的对象。
创建 Thread 类的对象，并将步骤2中创建的对象作为参数传递给 Thread 类的构造函数。
调用 start() 方法，启动线程。

class MyRunnable implements Runnable {public void run() {// 线程要执行的代码System.out.println("Thread is running.");}
}
public class Main {public static void main(String[] args) {MyRunnable runnable = new MyRunnable();Thread thread = new Thread(runnable);thread.start(); // 启动线程}
}

选择继承还是实现接口

继承 Thread 类：这种方式相对简单，但是因为 Java 不支持多重继承，所以如果类已经继承自其他类，就不能再继承 Thread 类。
实现 Runnable 接口：这种方式更灵活，因为一个类可以实现多个接口。
在实际应用中，推荐使用实现 Runnable 接口的方式，因为它更符合 Java 的设计哲学，即单一继承原则。

线程池的核心参数和原理

线程池的核心参数和原理涉及线程池的配置和管理，以及它如何有效地处理并发任务。以下是线程池的一些核心参数和原理：

核心参数

核心线程数（Core Pool Size）：
- 核心线程数是指线程池中始终存在的线程数量，即使这些线程处于空闲状态。
- 即使没有新的任务提交，核心线程数也不会减少。
最大线程数（Maximum Pool Size）：
- 最大线程数是指线程池能够创建的最大线程数量。
- 当线程池中的线程数达到最大值时，新提交的任务会被加入到队列中等待执行。
队列容量（Queue Capacity）：
- 队列容量是指线程池中的任务队列可以存储的任务数量。
- 当队列已满时，如果核心线程数未达到上限，线程池会创建新的线程来处理任务；如果核心线程数已达到上限，线程池会拒绝新的任务，并抛出 RejectedExecutionException。
存活时间（Keep-Alive Time）：
- 存活时间是指当线程池中的线程数超过核心线程数时，多余的空闲线程将在多长时间后被终止。
- 存活时间可以通过 keepAliveTime 和 TimeUnit 参数指定。
时间单位（Time Unit）：
- 时间单位参数用于指定存活时间的时间单位，例如 TimeUnit.SECONDS、TimeUnit.MILLISECONDS 等。

原理

任务提交：
- 当有新任务提交时，线程池会检查当前线程数是否小于核心线程数。
- 如果小于，则创建新的线程来执行任务。
- 如果等于或大于核心线程数，则将任务加入到任务队列中。
任务执行：
- 如果任务队列未满，新任务会被加入到队列中。
- 如果任务队列已满，线程池会创建新的线程来执行任务，直到线程数达到最大线程数。
空闲线程处理：
- 当线程池中的线程数超过核心线程数时，多余的空闲线程会在存活时间内被终止。
- 存活时间可以通过 keepAliveTime 和 TimeUnit 参数指定。
任务执行完成后：
- 执行完任务的线程会重新进入空闲状态，等待新的任务。
- 如果存活时间到期，空闲线程将被终止。
任务拒绝：
- 当任务队列已满，且线程数达到最大线程数时，新的任务会被拒绝，并抛出 RejectedExecutionException。
  线程池的核心原理是通过控制线程数和任务队列的大小，以及管理空闲线程的生命周期，来实现对并发任务的高效处理。通过合理配置线程池的参数，可以有效地平衡系统资源的使用和任务的处理效率。

为什么是先添加队列队列满了在创建最大线程？

线程池的工作流程设计是先添加任务到队列，当队列满了之后再创建新的线程，这是为了在并发场景下尽可能地提高系统的性能和资源利用率。这种设计理念基于以下几个原因：

减少线程创建和销毁的开销：
- 创建和销毁线程是有成本的，因为涉及到内存分配、线程上下文切换等操作。
- 如果每次有新任务到来时都立即创建新线程，那么在任务量较小的情况下，线程创建和销毁的开销可能会超过实际执行任务的收益。
提高系统资源的利用率：
- 在任务量不大的情况下，线程池中的线程可能大部分时间都在等待任务。
- 如果任务队列满了，那么新任务的到来可以唤醒等待中的线程，而不是创建新的线程。这样可以提高CPU和其他系统资源的利用率。
避免线程数过多：
- 如果每次有新任务到来时都创建新线程，可能会导致线程数过多，进而导致系统资源不足，如内存溢出。
- 通过先添加任务到队列，可以限制线程数的增长，从而避免资源过度消耗。
线程池的动态调整：
- 线程池可以根据任务量和系统负载动态调整线程数。
- 当任务量增加时，线程池会创建新的线程来处理任务；当任务量减少时，空闲线程会在存活时间内被终止，从而减少线程数。
避免频繁的线程创建和销毁：
- 频繁的线程创建和销毁会导致系统性能下降，因为线程上下文切换的开销较大。
- 通过使用任务队列作为缓冲区，可以减少这种开销，让线程有更多的时间来执行任务。
  因此，线程池的设计理念是先使用任务队列作为缓冲，以减少线程创建和销毁的开销，并提高系统资源的利用率。当任务队列满了之后，再创建新的线程来处理任务，这样可以更好地平衡系统的性能和资源利用率。