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应届生面试最爱问的几道 Java 基础问题

上级 c5c96add
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* **[【备战面试3】7个大部分程序员在面试前很关心的问题](docs/essential-content-for-interview/PreparingForInterview/JavaProgrammerNeedKnow.md)**
* **[【备战面试4】Github上开源的Java面试/学习相关的仓库推荐](docs/essential-content-for-interview/PreparingForInterview/JavaInterviewLibrary.md)**
* **[【备战面试5】如果面试官问你“你有什么问题问我吗?”时,你该如何回答](docs/essential-content-for-interview/PreparingForInterview/面试官-你有什么问题要问我.md)**
* [【备战面试6】应届生面试最爱问的几道 Java 基础问题](docs/essential-content-for-interview/PreparingForInterview/应届生面试最爱问的几道 Java 基础问题)
* **[【备战面试6】美团面试常见问题总结(附详解答案)](docs/essential-content-for-interview/PreparingForInterview/美团面试常见问题总结.md)**
* **[【备战面试7】一些刁难的面试问题总结](https://xiaozhuanlan.com/topic/9056431872)**
### 常见面试题总结
* [第一周(2018-8-7)](docs/essential-content-for-interview/MostCommonJavaInterviewQuestions/第一周(2018-8-7).md) (为什么 Java 中只有值传递、==与equals、 hashCode与equals)
* [第二周(2018-8-13)](docs/essential-content-for-interview/MostCommonJavaInterviewQuestions/第二周(2018-8-13).md)(String和StringBuffer、StringBuilder的区别是什么?String为什么是不可变的?、什么是反射机制?反射机制的应用场景有哪些?......)
* [第三周(2018-08-22)](docs/java/collection/Java集合框架常见面试题.md) (Arraylist 与 LinkedList 异同、ArrayList 与 Vector 区别、HashMap的底层实现、HashMap 和 Hashtable 的区别、HashMap 的长度为什么是2的幂次方、HashSet 和 HashMap 区别、ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别、ConcurrentHashMap线程安全的具体实现方式/底层具体实现、集合框架底层数据结构总结)
* [第四周(2018-8-30).md](docs/essential-content-for-interview/MostCommonJavaInterviewQuestions/第四周(2018-8-30).md) (主要内容是几道面试常问的多线程基础题。)
### 面经
- [5面阿里,终获offer(2018年秋招)](docs/essential-content-for-interview/BATJrealInterviewExperience/5面阿里,终获offer.md)
......
## 一 为什么 Java 中只有值传递?
首先回顾一下在程序设计语言中有关将参数传递给方法(或函数)的一些专业术语。**按值调用(call by value)表示方法接收的是调用者提供的值,而按引用调用(call by reference)表示方法接收的是调用者提供的变量地址。一个方法可以修改传递引用所对应的变量值,而不能修改传递值调用所对应的变量值。** 它用来描述各种程序设计语言(不只是Java)中方法参数传递方式。
**Java程序设计语言总是采用按值调用。也就是说,方法得到的是所有参数值的一个拷贝,也就是说,方法不能修改传递给它的任何参数变量的内容。**
**下面通过 3 个例子来给大家说明**
### example 1
```java
public static void main(String[] args) {
int num1 = 10;
int num2 = 20;
swap(num1, num2);
System.out.println("num1 = " + num1);
System.out.println("num2 = " + num2);
}
public static void swap(int a, int b) {
int temp = a;
a = b;
b = temp;
System.out.println("a = " + a);
System.out.println("b = " + b);
}
```
**结果:**
```
a = 20
b = 10
num1 = 10
num2 = 20
```
**解析:**
![example 1 ](http://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/18-9-27/22191348.jpg)
在swap方法中,a、b的值进行交换,并不会影响到 num1、num2。因为,a、b中的值,只是从 num1、num2 的复制过来的。也就是说,a、b相当于num1、num2 的副本,副本的内容无论怎么修改,都不会影响到原件本身。
**通过上面例子,我们已经知道了一个方法不能修改一个基本数据类型的参数,而对象引用作为参数就不一样,请看 example2.**
### example 2
```java
public static void main(String[] args) {
int[] arr = { 1, 2, 3, 4, 5 };
System.out.println(arr[0]);
change(arr);
System.out.println(arr[0]);
}
public static void change(int[] array) {
// 将数组的第一个元素变为0
array[0] = 0;
}
```
**结果:**
```
1
0
```
**解析:**
![example 2](http://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/18-9-27/3825204.jpg)
array 被初始化 arr 的拷贝也就是一个对象的引用,也就是说 array 和 arr 指向的是同一个数组对象。 因此,外部对引用对象的改变会反映到所对应的对象上。
**通过 example2 我们已经看到,实现一个改变对象参数状态的方法并不是一件难事。理由很简单,方法得到的是对象引用的拷贝,对象引用及其他的拷贝同时引用同一个对象。**
**很多程序设计语言(特别是,C++和Pascal)提供了两种参数传递的方式:值调用和引用调用。有些程序员(甚至本书的作者)认为Java程序设计语言对对象采用的是引用调用,实际上,这种理解是不对的。由于这种误解具有一定的普遍性,所以下面给出一个反例来详细地阐述一下这个问题。**
### example 3
```java
public class Test {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
Student s1 = new Student("小张");
Student s2 = new Student("小李");
Test.swap(s1, s2);
System.out.println("s1:" + s1.getName());
System.out.println("s2:" + s2.getName());
}
public static void swap(Student x, Student y) {
Student temp = x;
x = y;
y = temp;
System.out.println("x:" + x.getName());
System.out.println("y:" + y.getName());
}
}
```
**结果:**
```
x:小李
y:小张
s1:小张
s2:小李
```
**解析:**
交换之前:
![](http://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/18-9-27/88729818.jpg)
交换之后:
![](http://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/18-9-27/34384414.jpg)
通过上面两张图可以很清晰的看出: **方法并没有改变存储在变量 s1 和 s2 中的对象引用。swap方法的参数x和y被初始化为两个对象引用的拷贝,这个方法交换的是这两个拷贝**
### 总结
Java程序设计语言对对象采用的不是引用调用,实际上,对象引用是按
值传递的。
下面再总结一下Java中方法参数的使用情况:
- 一个方法不能修改一个基本数据类型的参数(即数值型或布尔型)。
- 一个方法可以改变一个对象参数的状态。
- 一个方法不能让对象参数引用一个新的对象。
### 参考:
《Java核心技术卷Ⅰ》基础知识第十版第四章4.5小节
## 二 ==与equals(重要)
**==** : 它的作用是判断两个对象的地址是不是相等。即,判断两个对象是不是同一个对象。(基本数据类型==比较的是值,引用数据类型==比较的是内存地址)
**equals()** : 它的作用也是判断两个对象是否相等。但它一般有两种使用情况:
- 情况1:类没有覆盖equals()方法。则通过equals()比较该类的两个对象时,等价于通过“==”比较这两个对象。
- 情况2:类覆盖了equals()方法。一般,我们都覆盖equals()方法来两个对象的内容相等;若它们的内容相等,则返回true(即,认为这两个对象相等)。
**举个例子:**
```java
public class test1 {
public static void main(String[] args) {
String a = new String("ab"); // a 为一个引用
String b = new String("ab"); // b为另一个引用,对象的内容一样
String aa = "ab"; // 放在常量池中
String bb = "ab"; // 从常量池中查找
if (aa == bb) // true
System.out.println("aa==bb");
if (a == b) // false,非同一对象
System.out.println("a==b");
if (a.equals(b)) // true
System.out.println("aEQb");
if (42 == 42.0) { // true
System.out.println("true");
}
}
}
```
**说明:**
- String中的equals方法是被重写过的,因为object的equals方法是比较的对象的内存地址,而String的equals方法比较的是对象的值。
- 当创建String类型的对象时,虚拟机会在常量池中查找有没有已经存在的值和要创建的值相同的对象,如果有就把它赋给当前引用。如果没有就在常量池中重新创建一个String对象。
## 三 hashCode与equals(重要)
面试官可能会问你:“你重写过 hashcode 和 equals 么,为什么重写equals时必须重写hashCode方法?”
### hashCode()介绍
hashCode() 的作用是获取哈希码,也称为散列码;它实际上是返回一个int整数。这个哈希码的作用是确定该对象在哈希表中的索引位置。hashCode() 定义在JDK的Object.java中,这就意味着Java中的任何类都包含有hashCode() 函数。另外需要注意的是: Object 的 hashcode 方法是本地方法,也就是用 c 语言或 c++ 实现的,该方法通常用来将对象的 内存地址 转换为整数之后返回。
```java
/**
* Returns a hash code value for the object. This method is
* supported for the benefit of hash tables such as those provided by
* {@link java.util.HashMap}.
* <p>
* As much as is reasonably practical, the hashCode method defined by
* class {@code Object} does return distinct integers for distinct
* objects. (This is typically implemented by converting the internal
* address of the object into an integer, but this implementation
* technique is not required by the
* Java&trade; programming language.)
*
* @return a hash code value for this object.
* @see java.lang.Object#equals(java.lang.Object)
* @see java.lang.System#identityHashCode
*/
public native int hashCode();
```
散列表存储的是键值对(key-value),它的特点是:能根据“键”快速的检索出对应的“值”。这其中就利用到了散列码!(可以快速找到所需要的对象)
### 为什么要有hashCode
**我们以“HashSet如何检查重复”为例子来说明为什么要有hashCode:**
当你把对象加入HashSet时,HashSet会先计算对象的hashcode值来判断对象加入的位置,同时也会与其他已经加入的对象的hashcode值作比较,如果没有相符的hashcode,HashSet会假设对象没有重复出现。但是如果发现有相同hashcode值的对象,这时会调用equals()方法来检查hashcode相等的对象是否真的相同。如果两者相同,HashSet就不会让其加入操作成功。如果不同的话,就会重新散列到其他位置。(摘自我的Java启蒙书《Head fist java》第二版)。这样我们就大大减少了equals的次数,相应就大大提高了执行速度。
### hashCode()与equals()的相关规定
1. 如果两个对象相等,则hashcode一定也是相同的
2. 两个对象相等,对两个对象分别调用equals方法都返回true
3. 两个对象有相同的hashcode值,它们也不一定是相等的
4. **因此,equals方法被覆盖过,则hashCode方法也必须被覆盖**
5. hashCode()的默认行为是对堆上的对象产生独特值。如果没有重写hashCode(),则该class的两个对象无论如何都不会相等(即使这两个对象指向相同的数据)
### 为什么两个对象有相同的hashcode值,它们也不一定是相等的?
在这里解释一位小伙伴的问题。以下内容摘自《Head Fisrt Java》。
因为hashCode() 所使用的杂凑算法也许刚好会让多个对象传回相同的杂凑值。越糟糕的杂凑算法越容易碰撞,但这也与数据值域分布的特性有关(所谓碰撞也就是指的是不同的对象得到相同的 hashCode)。
我们刚刚也提到了 HashSet,如果 HashSet 在对比的时候,同样的 hashcode 有多个对象,它会使用 equals() 来判断是否真的相同。也就是说 hashcode 只是用来缩小查找成本。
参考:
[https://blog.csdn.net/zhzhao999/article/details/53449504](https://blog.csdn.net/zhzhao999/article/details/53449504)
[https://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3324958.html](https://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3324958.html)
[https://www.cnblogs.com/Eason-S/p/5524837.html](https://www.cnblogs.com/Eason-S/p/5524837.html)
### String和StringBuffer、StringBuilder的区别是什么?String为什么是不可变的?
#### String和StringBuffer、StringBuilder的区别
**可变性**
 
简单的来说:String 类中使用 final 关键字字符数组保存字符串,`private final char value[]`,所以 String 对象是不可变的。而StringBuilder 与 StringBuffer 都继承自 AbstractStringBuilder 类,在 AbstractStringBuilder 中也是使用字符数组保存字符串`char[]value` 但是没有用 final 关键字修饰,所以这两种对象都是可变的。
StringBuilder 与 StringBuffer 的构造方法都是调用父类构造方法也就是 AbstractStringBuilder 实现的,大家可以自行查阅源码。
AbstractStringBuilder.java
```java
abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
char[] value;
int count;
AbstractStringBuilder() {
}
AbstractStringBuilder(int capacity) {
value = new char[capacity];
}
```
**线程安全性**
String 中的对象是不可变的,也就可以理解为常量,线程安全。AbstractStringBuilder 是 StringBuilder 与 StringBuffer 的公共父类,定义了一些字符串的基本操作,如 expandCapacity、append、insert、indexOf 等公共方法。StringBuffer 对方法加了同步锁或者对调用的方法加了同步锁,所以是线程安全的。StringBuilder 并没有对方法进行加同步锁,所以是非线程安全的。
  
**性能**
每次对 String 类型进行改变的时候,都会生成一个新的 String 对象,然后将指针指向新的 String 对象。StringBuffer 每次都会对 StringBuffer 对象本身进行操作,而不是生成新的对象并改变对象引用。相同情况下使用 StirngBuilder 相比使用 StringBuffer 仅能获得 10%~15% 左右的性能提升,但却要冒多线程不安全的风险。
**对于三者使用的总结:**
1. 操作少量的数据 = String
2. 单线程操作字符串缓冲区下操作大量数据 = StringBuilder
3. 多线程操作字符串缓冲区下操作大量数据 = StringBuffer
#### String为什么是不可变的吗?
简单来说就是String类利用了final修饰的char类型数组存储字符,源码如下图所以:
```java
/** The value is used for character storage. */
private final char value[];
```
#### String真的是不可变的吗?
我觉得如果别人问这个问题的话,回答不可变就可以了。
下面只是给大家看两个有代表性的例子:
**1) String不可变但不代表引用不可以变**
```java
String str = "Hello";
str = str + " World";
System.out.println("str=" + str);
```
结果:
```
str=Hello World
```
解析:
实际上,原来String的内容是不变的,只是str由原来指向"Hello"的内存地址转为指向"Hello World"的内存地址而已,也就是说多开辟了一块内存区域给"Hello World"字符串。
**2) 通过反射是可以修改所谓的“不可变”对象**
```java
// 创建字符串"Hello World", 并赋给引用s
String s = "Hello World";
System.out.println("s = " + s); // Hello World
// 获取String类中的value字段
Field valueFieldOfString = String.class.getDeclaredField("value");
// 改变value属性的访问权限
valueFieldOfString.setAccessible(true);
// 获取s对象上的value属性的值
char[] value = (char[]) valueFieldOfString.get(s);
// 改变value所引用的数组中的第5个字符
value[5] = '_';
System.out.println("s = " + s); // Hello_World
```
结果:
```
s = Hello World
s = Hello_World
```
解析:
用反射可以访问私有成员, 然后反射出String对象中的value属性, 进而改变通过获得的value引用改变数组的结构。但是一般我们不会这么做,这里只是简单提一下有这个东西。
### 什么是反射机制?反射机制的应用场景有哪些?
#### 反射机制介绍
JAVA反射机制是在运行状态中,对于任意一个类,都能够知道这个类的所有属性和方法;对于任意一个对象,都能够调用它的任意一个方法和属性;这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为java语言的反射机制。
#### 静态编译和动态编译
- **静态编译:**在编译时确定类型,绑定对象
- **动态编译:**运行时确定类型,绑定对象
#### 反射机制优缺点
- **优点:** 运行期类型的判断,动态加载类,提高代码灵活度。
- **缺点:** 性能瓶颈:反射相当于一系列解释操作,通知 JVM 要做的事情,性能比直接的java代码要慢很多。
#### 反射的应用场景
反射是框架设计的灵魂。
在我们平时的项目开发过程中,基本上很少会直接使用到反射机制,但这不能说明反射机制没有用,实际上有很多设计、开发都与反射机制有关,例如模块化的开发,通过反射去调用对应的字节码;动态代理设计模式也采用了反射机制,还有我们日常使用的 Spring/Hibernate 等框架也大量使用到了反射机制。
举例:①我们在使用JDBC连接数据库时使用Class.forName()通过反射加载数据库的驱动程序;②Spring框架也用到很多反射机制,最经典的就是xml的配置模式。Spring 通过 XML 配置模式装载 Bean 的过程:1) 将程序内所有 XML 或 Properties 配置文件加载入内存中;
2)Java类里面解析xml或properties里面的内容,得到对应实体类的字节码字符串以及相关的属性信息; 3)使用反射机制,根据这个字符串获得某个类的Class实例; 4)动态配置实例的属性
**推荐阅读:**
- [Reflection:Java反射机制的应用场景](https://segmentfault.com/a/1190000010162647?utm_source=tuicool&utm_medium=referral)
- [Java基础之—反射(非常重要)](https://blog.csdn.net/sinat_38259539/article/details/71799078)
### 什么是JDK?什么是JRE?什么是JVM?三者之间的联系与区别
这几个是Java中很基本很基本的东西,但是我相信一定还有很多人搞不清楚!为什么呢?因为我们大多数时候在使用现成的编译工具以及环境的时候,并没有去考虑这些东西。
**JDK:** 顾名思义它是给开发者提供的开发工具箱,是给程序开发者用的。它除了包括完整的JRE(Java Runtime Environment),Java运行环境,还包含了其他供开发者使用的工具包。
**JRE:** 普通用户而只需要安装JRE(Java Runtime Environment)来运行Java程序。而程序开发者必须安装JDK来编译、调试程序。
**JVM:** 当我们运行一个程序时,JVM负责将字节码转换为特定机器代码,JVM提供了内存管理/垃圾回收和安全机制等。这种独立于硬件和操作系统,正是java程序可以一次编写多处执行的原因。
**区别与联系:**
1. JDK用于开发,JRE用于运行java程序 ;
2. JDK和JRE中都包含JVM ;
3. JVM是java编程语言的核心并且具有平台独立性。
### 什么是字节码?采用字节码的最大好处是什么?
**先看下java中的编译器和解释器:**   
Java中引入了虚拟机的概念,即在机器和编译程序之间加入了一层抽象的虚拟的机器。这台虚拟的机器在任何平台上都提供给编译程序一个的共同的接口。编译程序只需要面向虚拟机,生成虚拟机能够理解的代码,然后由解释器来将虚拟机代码转换为特定系统的机器码执行。在Java中,这种供虚拟机理解的代码叫做`字节码`(即扩展名为`.class`的文件),它不面向任何特定的处理器,只面向虚拟机。每一种平台的解释器是不同的,但是实现的虚拟机是相同的。Java源程序经过编译器编译后变成字节码,字节码由虚拟机解释执行,虚拟机将每一条要执行的字节码送给解释器,解释器将其翻译成特定机器上的机器码,然后在特定的机器上运行。这也就是解释了Java的编译与解释并存的特点。
Java源代码---->编译器---->jvm可执行的Java字节码(即虚拟指令)---->jvm---->jvm中解释器----->机器可执行的二进制机器码---->程序运行。
**采用字节码的好处:**   
Java语言通过字节码的方式,在一定程度上解决了传统解释型语言执行效率低的问题,同时又保留了解释型语言可移植的特点。所以Java程序运行时比较高效,而且,由于字节码并不专对一种特定的机器,因此,Java程序无须重新编译便可在多种不同的计算机上运行。
### Java和C++的区别
我知道很多人没学过C++,但是面试官就是没事喜欢拿咱们Java和C++比呀!没办法!!!就算没学过C++,也要记下来!
- 都是面向对象的语言,都支持封装、继承和多态
- Java不提供指针来直接访问内存,程序内存更加安全
- Java的类是单继承的,C++支持多重继承;虽然Java的类不可以多继承,但是接口可以多继承。
- Java有自动内存管理机制,不需要程序员手动释放无用内存
### 接口和抽象类的区别是什么?
1. 接口的方法默认是public,所有方法在接口中不能有实现,抽象类可以有非抽象的方法
2. 接口中的实例变量默认是final类型的,而抽象类中则不一定
3. 一个类可以实现多个接口,但最多只能实现一个抽象类
4. 一个类实现接口的话要实现接口的所有方法,而抽象类不一定
5. 接口不能用new实例化,但可以声明,但是必须引用一个实现该接口的对象 从设计层面来说,抽象是对类的抽象,是一种模板设计,接口是行为的抽象,是一种行为的规范。
注意:Java8 后接口可以有默认实现( default )。
### 成员变量与局部变量的区别有那些?
1. 从语法形式上,看成员变量是属于类的,而局部变量是在方法中定义的变量或是方法的参数;成员变量可以被public,private,static等修饰符所修饰,而局部变量不能被访问控制修饰符及static所修饰;但是,成员变量和局部变量都能被final所修饰;
2. 从变量在内存中的存储方式来看,成员变量是对象的一部分,而对象存在于堆内存,局部变量存在于栈内存
3. 从变量在内存中的生存时间上看,成员变量是对象的一部分,它随着对象的创建而存在,而局部变量随着方法的调用而自动消失。
4. 成员变量如果没有被赋初值,则会自动以类型的默认值而赋值(一种情况例外被final修饰但没有被static修饰的成员变量必须显示地赋值);而局部变量则不会自动赋值。
### 重载和重写的区别
**重载:** 发生在同一个类中,方法名必须相同,参数类型不同、个数不同、顺序不同,方法返回值和访问修饰符可以不同,发生在编译时。   
**重写:** 发生在父子类中,方法名、参数列表必须相同,返回值范围小于等于父类,抛出的异常范围小于等于父类,访问修饰符范围大于等于父类;如果父类方法访问修饰符为private则子类就不能重写该方法。
### 字符型常量和字符串常量的区别
1) 形式上:
字符常量是单引号引起的一个字符
字符串常量是双引号引起的若干个字符
2) 含义上:
字符常量相当于一个整形值(ASCII值),可以参加表达式运算
字符串常量代表一个地址值(该字符串在内存中存放位置)
3) 占内存大小
字符常量只占一个字节
字符串常量占若干个字节(至少一个字符结束标志)
## 1. 简述线程,程序、进程的基本概念。以及他们之间关系是什么?
**线程**与进程相似,但线程是一个比进程更小的执行单位。一个进程在其执行的过程中可以产生多个线程。与进程不同的是同类的多个线程共享同一块内存空间和一组系统资源,所以系统在产生一个线程,或是在各个线程之间作切换工作时,负担要比进程小得多,也正因为如此,线程也被称为轻量级进程。
**程序**是含有指令和数据的文件,被存储在磁盘或其他的数据存储设备中,也就是说程序是静态的代码。
**进程**是程序的一次执行过程,是系统运行程序的基本单位,因此进程是动态的。系统运行一个程序即是一个进程从创建,运行到消亡的过程。简单来说,一个进程就是一个执行中的程序,它在计算机中一个指令接着一个指令地执行着,同时,每个进程还占有某些系统资源如CPU时间,内存空间,文件,文件,输入输出设备的使用权等等。换句话说,当程序在执行时,将会被操作系统载入内存中。
**线程****进程** 划分成的更小的运行单位。线程和进程最大的不同在于基本上各进程是独立的,而各线程则不一定,因为同一进程中的线程极有可能会相互影响。从另一角度来说,进程属于操作系统的范畴,主要是同一段时间内,可以同时执行一个以上的程序,而线程则是在同一程序内几乎同时执行一个以上的程序段。
**线程上下文的切换比进程上下文切换要快很多**
- 进程切换时,涉及到当前进程的CPU环境的保存和新被调度运行进程的CPU环境的设置。
- 线程切换仅需要保存和设置少量的寄存器内容,不涉及存储管理方面的操作。
## 2. 线程有哪些基本状态?这些状态是如何定义的?
Java 线程在运行的生命周期中的指定时刻只可能处于下面 6 种不同状态的其中一个状态(图源《Java 并发编程艺术》4.1.4 节)。
![Java 线程的状态 ](https://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/19-1-29/Java%E7%BA%BF%E7%A8%8B%E7%9A%84%E7%8A%B6%E6%80%81.png)
线程在生命周期中并不是固定处于某一个状态而是随着代码的执行在不同状态之间切换。Java 线程状态变迁如下图所示(图源《Java 并发编程艺术》4.1.4 节):
![Java 线程状态变迁 ](https://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/19-1-29/Java%20%E7%BA%BF%E7%A8%8B%E7%8A%B6%E6%80%81%E5%8F%98%E8%BF%81.png)
由上图可以看出:线程创建之后它将处于 **NEW(新建)** 状态,调用 `start()` 方法后开始运行,线程这时候处于 **READY(可运行)** 状态。可运行状态的线程获得了 CPU 时间片(timeslice)后就处于 **RUNNING(运行)** 状态。
> 操作系统隐藏 Java 虚拟机(JVM)中的 RUNNABLE 和 RUNNING 状态,它只能看到 RUNNABLE 状态(图源:[HowToDoInJava](https://howtodoinjava.com/):[Java Thread Life Cycle and Thread States](https://howtodoinjava.com/java/multi-threading/java-thread-life-cycle-and-thread-states/)),所以 Java 系统一般将这两个状态统称为 **RUNNABLE(运行中)** 状态 。
![RUNNABLE-VS-RUNNING](https://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/2019-3/RUNNABLE-VS-RUNNING.png)
当线程执行 `wait()`方法之后,线程进入 **WAITING(等待)**状态。进入等待状态的线程需要依靠其他线程的通知才能够返回到运行状态,而 **TIME_WAITING(超时等待)** 状态相当于在等待状态的基础上增加了超时限制,比如通过 `sleep(long millis)`方法或 `wait(long millis)`方法可以将 Java 线程置于 TIMED WAITING 状态。当超时时间到达后 Java 线程将会返回到 RUNNABLE 状态。当线程调用同步方法时,在没有获取到锁的情况下,线程将会进入到 **BLOCKED(阻塞)** 状态。线程在执行 Runnable 的` run() `方法之后将会进入到 **TERMINATED(终止)** 状态。
## 3. 何为多线程?
多线程就是多个线程同时运行或交替运行。单核CPU的话是顺序执行,也就是交替运行。多核CPU的话,因为每个CPU有自己的运算器,所以在多个CPU中可以同时运行。
## 4. 为什么要使用多线程?
先从总体上来说:
- **从计算机底层来说:**线程可以比作是轻量级的进程,是程序执行的最小单位,线程间的切换和调度的成本远远小于进程。另外,多核 CPU 时代意味着多个线程可以同时运行,这减少了线程上下文切换的开销。
- **从当代互联网发展趋势来说:**现在的系统动不动就要求百万级甚至千万级的并发量,而多线程并发编程正是开发高并发系统的基础,利用好多线程机制可以大大提高系统整体的并发能力以及性能。
再深入到计算机底层来探讨:
- **单核时代:** 在单核时代多线程主要是为了提高 CPU 和 IO 设备的综合利用率。举个例子:当只有一个线程的时候会导致 CPU 计算时,IO 设备空闲;进行 IO 操作时,CPU 空闲。我们可以简单地说这两者的利用率目前都是 50%左右。但是当有两个线程的时候就不一样了,当一个线程执行 CPU 计算时,另外一个线程可以进行 IO 操作,这样两个的利用率就可以在理想情况下达到 100%了。
- **多核时代:** 多核时代多线程主要是为了提高 CPU 利用率。举个例子:假如我们要计算一个复杂的任务,我们只用一个线程的话,CPU 只会一个 CPU 核心被利用到,而创建多个线程就可以让多个 CPU 核心被利用到,这样就提高了 CPU 的利用率。
## 5 使用多线程常见的三种方式
### ①继承Thread类
MyThread.java
```java
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
super.run();
System.out.println("MyThread");
}
}
```
Run.java
```java
public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyThread mythread = new MyThread();
mythread.start();
System.out.println("运行结束");
}
}
```
运行结果:
![结果](https://user-gold-cdn.xitu.io/2018/3/20/16243e80f22a2d54?w=161&h=54&f=jpeg&s=7380)
从上面的运行结果可以看出:线程是一个子任务,CPU以不确定的方式,或者说是以随机的时间来调用线程中的run方法。
### ②实现Runnable接口
推荐实现Runnable接口方式开发多线程,因为Java单继承但是可以实现多个接口。
MyRunnable.java
```java
public class MyRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("MyRunnable");
}
}
```
Run.java
```java
public class Run {
public static void main(String[] args) {
Runnable runnable=new MyRunnable();
Thread thread=new Thread(runnable);
thread.start();
System.out.println("运行结束!");
}
}
```
运行结果:
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### ③使用线程池
**在《阿里巴巴Java开发手册》“并发处理”这一章节,明确指出线程资源必须通过线程池提供,不允许在应用中自行显示创建线程。**
**为什么呢?**
> **使用线程池的好处是减少在创建和销毁线程上所消耗的时间以及系统资源开销,解决资源不足的问题。如果不使用线程池,有可能会造成系统创建大量同类线程而导致消耗完内存或者“过度切换”的问题。**
**另外《阿里巴巴Java开发手册》中强制线程池不允许使用 Executors 去创建,而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式,这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则,规避资源耗尽的风险**
> Executors 返回线程池对象的弊端如下:
>
> - **FixedThreadPool 和 SingleThreadExecutor** : 允许请求的队列长度为 Integer.MAX_VALUE,可能堆积大量的请求,从而导致OOM。
> - **CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool** : 允许创建的线程数量为 Integer.MAX_VALUE ,可能会创建大量线程,从而导致OOM。
对于线程池感兴趣的可以查看我的这篇文章:[《Java多线程学习(八)线程池与Executor 框架》](http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU4NDQ4MzU5OA==&mid=2247484042&idx=1&sn=541dbf2cb969a151d79f4a4f837ee1bd&chksm=fd9854ebcaefddfd1876bb96ab218be3ae7b12546695a403075d4ed22e5e17ff30ebdabc8bbf#rd) 点击阅读原文即可查看到该文章的最新版。
## 6 线程的优先级
每个线程都具有各自的优先级,**线程的优先级可以在程序中表明该线程的重要性,如果有很多线程处于就绪状态,系统会根据优先级来决定首先使哪个线程进入运行状态**。但这个并不意味着低
优先级的线程得不到运行,而只是它运行的几率比较小,如垃圾回收机制线程的优先级就比较低。所以很多垃圾得不到及时的回收处理。
**线程优先级具有继承特性。** 比如A线程启动B线程,则B线程的优先级和A是一样的。
**线程优先级具有随机性。** 也就是说线程优先级高的不一定每一次都先执行完。
Thread类中包含的成员变量代表了线程的某些优先级。如**Thread.MIN_PRIORITY(常数1)****Thread.NORM_PRIORITY(常数5)**,
**Thread.MAX_PRIORITY(常数10)**。其中每个线程的优先级都在**Thread.MIN_PRIORITY(常数1)****Thread.MAX_PRIORITY(常数10)** 之间,在默认情况下优先级都是**Thread.NORM_PRIORITY(常数5)**
学过操作系统这门课程的话,我们可以发现多线程优先级或多或少借鉴了操作系统对进程的管理。
## 7 Java多线程分类
### 用户线程
运行在前台,执行具体的任务,如程序的主线程、连接网络的子线程等都是用户线程
### 守护线程
运行在后台,为其他前台线程服务.也可以说守护线程是JVM中非守护线程的 **“佣人”**
- **特点:** 一旦所有用户线程都结束运行,守护线程会随JVM一起结束工作
- **应用:** 数据库连接池中的检测线程,JVM虚拟机启动后的检测线程
- **最常见的守护线程:** 垃圾回收线程
**如何设置守护线程?**
可以通过调用 Thead 类的 `setDaemon(true)` 方法设置当前的线程为守护线程。
注意事项:
1. setDaemon(true)必须在start()方法前执行,否则会抛出IllegalThreadStateException异常
2. 在守护线程中产生的新线程也是守护线程
3. 不是所有的任务都可以分配给守护线程来执行,比如读写操作或者计算逻辑
## 8 sleep()方法和wait()方法简单对比
- 两者最主要的区别在于:**sleep方法没有释放锁,而wait方法释放了锁**
- 两者都可以暂停线程的执行。
- Wait通常被用于线程间交互/通信,sleep通常被用于暂停执行。
- wait()方法被调用后,线程不会自动苏醒,需要别的线程调用同一个对象上的notify()或者notifyAll()方法。sleep()方法执行完成后,线程会自动苏醒。
## 9 为什么我们调用start()方法时会执行run()方法,为什么我们不能直接调用run()方法?
这是另一个非常经典的java多线程面试问题,而且在面试中会经常被问到。很简单,但是很多人都会答不上来!
new一个Thread,线程进入了新建状态;调用start()方法,会启动一个线程并使线程进入了就绪状态,当分配到时间片后就可以开始运行了。
start()会执行线程的相应准备工作,然后自动执行run()方法的内容,这是真正的多线程工作。 而直接执行run()方法,会把run方法当成一个main线程下的普通方法去执行,并不会在某个线程中执行它,所以这并不是多线程工作。
**总结: 调用start方法方可启动线程并使线程进入就绪状态,而run方法只是thread的一个普通方法调用,还是在主线程里执行。**
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