> 大家好，我是[王有志](https://flowus.cn/chang/share/fa5ee5c8-bbd8-4a82-a31e-c6be478f44bc)，欢迎和我聊技术，聊漂泊在外的生活。快来加入我们的Java提桶跑路群：[共同富裕的Java人](https://flowus.cn/chang/share/c864e259-7629-42ac-84ea-6c4f509adfa8)。

大家好，我是王有志，欢迎来到《Java面试都问啥？》的第一篇技术文章。
这个系列会从**Java部分**开始，接着是**MySQL和Redis**的内容，同时会继续更新**数据结构与算法**的部分，这样在第一阶段，我们就完成了面试“三幻神”的挑战。

Java的部分从**并发编程**开始，接着是**Java虚拟机**，最后是**集合框架**。至于**Java基础**，因为大部分只是API的使用，所以只提供整理好的题目，而涉及到反射，动态代理等内容，会在集合框架完成后补充。

那么话不多说，我们直接开始吧。

## 并发编程都问啥？

每个模块开始时，我都会放出这一模块中知识点的统计数据，供大家参考。统计中，我将并发编程分为了5个知识点：
- **线程基础**：线程的基本概念，Thread类的使用等；
- **线程池**：线程池的原理，线程池的使用等；
- **synchronized**：原理，锁升级，优化等；
- **volatile**：原理，指令重排，JMM相关等；
- **ThreadLocal**：原理，使用方法，内存泄漏等；
- **JUC**：Lock接口，并发容器，CAS，AQS等。

统计到并发编程关键词174次，线程出现37次，线程池出现22次，synchronized出现30次，volatile出现12次，ThreadLocal出现8次，JUC出现44次，剩余21次仅提到多线程/并发编程。

![](http://img.blog.itpub.net/blog/2023/06/20/b503785cde6db2e3.png?x-oss-process=style/bb)

从图中看，ThreadLocal和volatile出现概率较低，但个人建议面试准备中，**并发编程的部分要全量准备**。

数据大家都看到了，接下来看看各大公司都会问哪些关于线程的问题。这部分题目主要收集自某准网面经，浅紫色底色的题目是我和小伙伴在面试过程遇到过的。

MarkDown的表格实在太丑了，偷个懒使用图片代替了，文末附上整理后Excel的获取方式。

![](http://img.blog.itpub.net/blog/2023/06/20/aaf95e56166ea0e3.png?x-oss-process=style/bb)

## 关于线程你必须知道的8个问题

涉及到概念性的题目就不过多赘述了，这些可以通过百度百科获取到答案。在这里我挑选了8道比较有代表性的问题，和大家分享我的理解。

### 并发编程的3要素

并发编程的3要素：
- **原子性**：操作不可分割，要么不间断的全部执行，要么全部不执行；
- **有序性**：指程序按照代码的顺序结构执行；
- **可见性**：当一个线程修改了共享变量后，其它线程也是立即可见的。

概念很简单，我们写一些代码展示下有序性和可见性的问题（原子性实在没有想到很好的例子，有没有小伙伴提供示例呢）。

#### 有序性问题

```Java
public static class Singleton {

private Singleton instance;

public Singleton getInstance() {
    if (instance == null) {
      instance = new Singleton();
    }
    return instance;
  }

private Singleton() {
  }
}
```

这是有序性问题的经典案例--**未做同步控制的单例模式**。当`instance`还未初始化时，多个线程同时调用`getInstance`方法，很容易出现其中一个线程获取到的`instance`为NULL。

这里涉及Java创建对象的操作，CPU时间片分配的问题，解决它的办法也有很多，暂时按下不表，放到`volatile`关键字的内容中详细解释。

#### 可见性问题

```Java
private static boolean flag = true;

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  new Thread(() -> {
    while (flag) {}
    System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，flag：" + flag);
  }, "block_thread").start();

TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(500);

new Thread(() -> {
    flag = false;
    System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，flag：" + flag);
    }, "change_thread").start();
}
```

很明显，在change_thread中修改了flag，并不会使block_thread得到解脱，这就是共享变量在线程间不可见的问题。

### Java创建线程的方式

通常网上的资料会给出4种创建线程的方式：
- 继承Thread类
- 实现Runnable接口
- 实现Callable接口
- 通过线程池创建

先不评价这个答案的正确性，我们先来看看继承`Thread`类，实现`Runnable`接口和实现`Callable`接口是如何使用的。

#### 继承Thread类

```Java
public class ByThread {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    System.out.println("main的线程：" + Thread.currentThread().getName());
    MyThread myThread = new MyThread();
    myThread.start();
  }

static class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
      System.out.println("MyThread的线程：" + Thread.currentThread().getName());
    }
  }
}
```

继承`Thread`类要实现`run`方法，用于完成业务逻辑，该方法来自于`Runnable`接口。启动线程通过`Thread.start`方法，方法内通过调用native方法`start0`来启动线程。

#### 实现Runnable接口

```Java
public class ByRunnable {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("main的线程：" + Thread.currentThread().getName());
    new Thread(new MyRunnable()).start();
  }

static class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
      System.out.println("MyRunnable的线程：" + Thread.currentThread().getName());
    }
  }
}
```

实现`Runnable`接口同样要实现`run`方法，启动线程依旧是通过`Thread.start`方法。实质上继承`Thread`类和实现`Runnable`接口没有差别，只不过是隔代实现`run`方法还是直接实现`run`方法。

#### 实现Callable接口

```Java
public class ByCallable  {  
  public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    System.out.println("main的线程：" + Thread.currentThread().getName());
    Callable<String> callable = new MyCallable();
    FutureTask <String> futureTask = new FutureTask<>(callable);
    new Thread(futureTask).start();
    System.out.println("MyCallable的执行线程：" + futureTask.get());
  }

static class MyCallable implements Callable<String> {
    @Override
    public String call() {
      System.out.println("MyCallable的线程：" + Thread.currentThread().getName());
      return Thread.currentThread().getName();
    }
  }
}
```

实现`Callable`接口看起来会复杂一些，但通过代码可以看出来，最终还是回归到`Thread.start`方法，根据经验，这种方式是不是和`Runnable`有关系？

另外，我们注意到这种方式中借助到了`FutureTask`类，来看看`FutureTask`的继承关系：

![](http://img.blog.itpub.net/blog/2023/06/20/3624d429d3e1bee1.png?x-oss-process=style/bb)

不出所料，`FutureTask`同样要实现`Runnable.run`方法，只不过这次由`FutureTask`实现，`FutureTask`在`run`方法中调用`Callable.call`方法来执行业务逻辑。

我们来回顾下这3种方式的特点，**启动线程都是通过`Thread.start`方法，`start`方法的基本执行单位是`Runnable`接口**，它们直接的差异在于如何实现`Runnable.run`方法。**另一个差异就是`Callable.call`方法是有返回值的**，而`Runnable.run`方法没有返回值。

#### 使用线程池

```Java
public class ByThreadPool {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("main的线程：" + Thread.currentThread().getName());
    ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
    Runnable runnable = new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        System.out.println("线程池的线程：" + Thread.currentThread().getName());
      }
    };
    executorService.execute(runnable);
    executorService.shutdown();
  }
}
```

使用线程池依旧离不开`Runnable.run`方法，会不会和`Callable`一样本质上还是`Thread.start`？

如果不熟悉`ThreadPoolExecutor`源码的话，可以采用断点的方式去跟踪源码，重点关注`ThreadPoolExecutor.execute`和`ThreadPoolExecutor.addWorker`两个方法。

我们可以在`addWorker`方法中发现两行关键代码：

```Java
final Thread t = w.thread;
t.start();
```

这证实了关于`ThreadPoolExecutor`底层调用的猜想，最终依旧是通过`Thread.start`方法启动。回到最初的问题，Java有几种创建线程的方式？

**如果从Java的层面来看，可以认为创建`Thread`类的实例对象就完成了线程的创建，而调用`Thread.start0`可以认为是操作系统层面的线程创建和启动**。

至于网上说的4种创建线程的方式，个人认为将它们归类到线程中业务逻辑的实现方式更合理。

### Java的线程状态

Java中定义了6种线程状态（与OS的线程状态有差别），线程状态的枚举类被定义为`Thread`的内部类`State`。

```Java
public enum State {
  NEW,
  RUNNABLE,
  BLOCKED,
  WAITING,
  TIMED_WAITING,
  TERMINATED;
}
```

需要注意，Java中并未定义线程的RUNNING状态，而是**通过RUNNABLE包含了RUNNABLE（可运行）和RUNNING（运行中）**。

**建议大家阅读源码中的注释，很清晰的解释了每个状态的场景**。下面我还是通过几段代码展示线程的不同状态。

Tips：代码中出现的`TimeUnit.MILLISECONDS.sleep`是为了确保线程已经进入期望的状态，如果不能很好的理解，文末附有Gitee地址，工程中的代码有注释。

#### 常规状态的转换

这里指的是线程从创建后（NEW），到启动后（RUNNABLE），再到最后终止（TERMINATED）的一种无竞争的线程状态转换。
- **NEW（新建）**：创建线程后尚未启动（未调用`start`方法）；
- **RUNNABLE（可运行）**：可运行状态的线程在Java虚拟机中等待调度线程选中获取CPU时间片；
- **TERMINATED（终止）**：线程执行结束。

写一段简单的代码来看下：

```Java
public class NormalStateTransition {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread thread = new Thread(() -> {
      try {
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
      } catch (InterruptedException e) {
        throw new RuntimeException(e);
      }
    });

System.out.println("线程[" + thread.getName() + "]创建，状态：[" + thread.getState() + "]");
    thread.start();
    System.out.println("线程[" + thread.getName() + "]启动，状态：[" + thread.getState() + "]");
    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
    System.out.println("线程[" + thread.getName() + "]结束，状态：[" + thread.getState() + "]");
  }
}
```

代码非常简单，这里就不再解释了。常规状态的转换：

![](http://img.blog.itpub.net/blog/2023/06/20/891285d8c851da63.png?x-oss-process=style/bb)

#### 阻塞状态的转换

阻塞状态是一种“异常”的状态，通常是在等待资源。

**BLOCKED（阻塞）**：等待监视器锁而阻塞的线程状态，处于阻塞状态的线程正在等待监视器锁进入同步的代码块/方法，或者在调用`Object.wait`之后重新进入同步的代码块/方法。

再写一段代码：

```Java
public class BlockedStateTransition {

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    AtomicBoolean locker = new AtomicBoolean(false);
    new Thread(() -> {
      synchronized (locker) {
        try {
          TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    }).start();

Thread t = new Thread(() -> {
      synchronized (locker) {
        try {
          TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("线程[" + Thread.currentThread().getName() + "]阻塞后，状态：[" + Thread.currentThread().getState() + "]");
      }
    });

System.out.println("线程[" + t.getName() + "]创建，状态：[" + t.getState() + "]");
    t.start();
    System.out.println("线程[" + t.getName() + "]启动，状态：[" + t.getState() + "]");
    System.out.println("线程[" + t.getName() + "]阻塞中，状态：[" + t.getState() + "]");
    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(5000);
    System.out.println("线程[" + t.getName() + "]结束，状态：[" + t.getState() + "]");
  }
}
```

首先是匿名线程持有`locker`，接着线程t启动，进入RUNNABLE状态，线程t尝试获取`locker`，进入BLOCKED状态，等待后获取到`locker`，进入RUNNABLE状态，最后执行结束，进入TERMINATED状态。

阻塞状态转换：

![](http://img.blog.itpub.net/blog/2023/06/20/4044cc52b84f0ae2.png?x-oss-process=style/bb)

#### 等待状态的转换

关于等待状态，Java源码的注释有详细描述如何进入等待状态，以及如何唤醒处于等待状态的线程：

> Thread state for a waiting thread. A thread is in the waiting state due to calling one of the following methods: Object.wait with no timeout Thread.join with no timeout LockSupport.park A thread in the waiting state is waiting for another thread to perform a particular action. For example, a thread that has called Object.wait() on an object is waiting for another thread to call Object.notify() or Object.notifyAll() on that object. A thread that has called Thread.join() is waiting for a specified thread to terminate.

**WAITING（等待）**：线程处于等待状态，处于等待状态的线程正在等待另一个线程执行的特定操作（通知或中断）。

再再写一段代码：

```Java
public class WaitingStateTransition {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    AtomicBoolean locker = new AtomicBoolean(false);
    Thread t = new Thread(() -> {
      synchronized (locker) {
        try {
          TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
          locker.wait();
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("线程[" + Thread.currentThread().getName() + "]唤醒，状态：[" + Thread.currentThread().getState() + "]");
      }
    });

System.out.println("线程[" + t.getName() + "]创建，状态：[" + t.getState() + "]");
    t.start();
    System.out.println("线程[" + t.getName() + "]启动，状态：[" + t.getState() + "]");
    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(150);
    System.out.println("线程[" + t.getName() + "]等待，状态：[" + t.getState() + "]");

new Thread(() -> {
      synchronized (locker) {
        locker.notify();
      }
    }).start();
    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
    System.out.println("线程[" + t.getName() + "]结束，状态：[" + t.getState() + "]");
  }
}
```

线程t创建后，进入NEW状态，启动后，进入RUNNABLE状态，`locker.wait`后，进入WAITING状态，匿名线程启动，`locker.notify`后，唤醒线程t，进入RUNNABLE状态，最后线程执行结束，进入TERMINATED状态。

等待状态的转换：

![](http://img.blog.itpub.net/blog/2023/06/20/39fa7e69730a88c2.png?x-oss-process=style/bb)

#### 超时等待状态的转换

Java源码的注释上，也很详细的解释了如何进入超时等待：

> Thread state for a waiting thread with a specified waiting time. A thread is in the timed waiting state due to calling one of the following methods with a specified positive waiting time: Thread.sleep Object.wait with timeout Thread.join with timeout LockSupport.parkNanos LockSupport.parkUntil

**TIMED_WAITING（超时等待）**：线程处于超时等待状态，与等待状态不同的是，在指定时间后，线程会被自动唤醒。

再再再写一段代码：

```Java
public class TimedWaitingStateTransition {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t = new Thread(() -> {
      try {
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
      System.out.println("线程[" + Thread.currentThread().getName() + "]超时等待后，状态：[" + Thread.currentThread().getState() + "]");
    });

System.out.println("线程[" + t.getName() + "]创建，状态：[" + t.getState() + "]");
    t.start();
    System.out.println("线程[" + t.getName() + "]启动，状态：[" + t.getState() + "]");
    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
    System.out.println("线程[" + t.getName() + "]超时等待中，状态：[" + t.getState() + "]");
    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
    System.out.println("线程[" + t.getName() + "]结束，状态：[" + t.getState() + "]");
  }
}
```

线程t创建后，进入NEW状态，启动后进入RUNNABLE状态，线程休眠100ms，进入TIMED_WAITING状态，休眠时间结束后，进入RUNNABLE状态，最后线程执行结束，进入TERMINATED状态。

超时等待状态的转换：

![](http://img.blog.itpub.net/blog/2023/06/20/0bf46b7515631416.png?x-oss-process=style/bb)

#### 线程状态转换总结

上面我们通过4段代码了解了线程状态的转换，下面我们通过一张图来总结下线程的状态转换。

![](http://img.blog.itpub.net/blog/2023/06/20/d4b3f36bf2459cf9.png?x-oss-process=style/bb)

## 结语

今天分享了并发编程的统计数据，因此面试题目较少，不过还是希望对你有帮助。下一篇内容是剩余的5个知识点（如果一篇能够写完的话）：
- Thread类核心方法
- 同步与互斥
- Java线程调度方式
- 死锁的产生与解决
- 多线程的优点

本篇文章的代码仓库：
- [并发3要素问题](https://gitee.com/wyz-A2/JavaInterview/tree/master/Concurrence/src/main/java/com/wyz/thread/question)
- [线程实现方式](https://gitee.com/wyz-A2/JavaInterview/tree/master/Concurrence/src/main/java/com/wyz/thread/create)
- [线程状态转换](https://gitee.com/wyz-A2/JavaInterview/tree/master/Concurrence/src/main/java/com/wyz/thread/state)

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好了，今天就到这里了，Bye~~

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关于线程你必须知道的8个问题（上）

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