JAVA面试|什么是线程以及应用场景

一、线程是什么？

线程是程序执行的最小单元，是进程内的一个独立控制流。一个进程可以包含多个线程，共享进程的内存和资源（如文件句柄、全局变量等），但每个线程有自己的程序计数器、栈和局部变量。线程的创建、切换和销毁成本比进程低得多，因此更适合并发任务。

二、线程与进程的区别

三、Java 线程的实现方式

1. 继承 Thread 类：

class MyThread extends Thread {

@Override

public void run() {

System.out.println("Thread running");

}

}

MyThread t = new MyThread();

t.start();

2. 实现 Runnable 接口（更灵活，推荐）：

class MyRunnable implements Runnable {

@Override

public void run() {

System.out.println("Runnable running");

}

}

Thread t = new Thread(new MyRunnable());

t.start();

3. 通过 Callable 和 Future（支持返回值）：

ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();

Future<Integer> future = executor.submit(() -> {

return 42;

});

Integer result = future.get(); // 阻塞获取结果

四、线程的生命周期

1. 新建（New）：线程对象创建，但未调用 start()。

2. 就绪（Runnable）：调用 start() 后，等待 CPU 调度。

3. 运行（Running）：获得 CPU 时间片，执行 run() 方法。

4. 阻塞（Blocked）：因等待 I/O、锁、休眠（sleep()）等暂停执行。

5. 终止（Terminated）：run() 执行完毕或发生异常。

五、线程的应用场景

1. 提高程序响应性

场景：GUI 应用（如 Swing/JavaFX）中，避免主线程阻塞。

示例：在后台线程加载数据，防止界面冻结。

new Thread(() -> {

// 耗时操作（如文件读取）

Platform.runLater(() -> updateUI()); // 返回主线程更新界面

}).start();

2. 高并发服务器

场景：Web 服务器（如 Tomcat）处理多用户请求。

实现：使用线程池（如 ExecutorService）管理连接。

ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(10);

while (true) {

Socket socket = serverSocket.accept();

pool.execute(() -> handleRequest(socket));

}

3. 并行计算

场景：大数据处理、图像渲染等 CPU 密集型任务。

工具：ForkJoinPool（分治任务）、Parallel Stream（Java 8+）。

ExecutList<Integer> data = Arrays.asList(1, 2, 3, 4);

int sum = data.parallelStream().mapToInt(i -> i).sum();

4. 异步任务处理

场景：非阻塞 I/O（如数据库查询、HTTP 请求）。

实现：CompletableFuture（Java 8+）简化异步编程。
CompletableFuture.supplyAsync(() -> fetchDataFromDB())

.thenAccept(result -> processResult(result));

5. 定时任务调度

场景：定时备份、心跳检测。

工具：ScheduledExecutorService

ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1);

scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> checkHealth(), 0, 5, TimeUnit.SECONDS);

六、线程安全与同步

问题：多线程共享资源时可能导致竞态条件（Race Condition）。

解决方案：锁机制：synchronized 关键字、ReentrantLock。

private int counter = 0;

public synchronized void increment() { counter++; }

原子类：AtomicInteger、AtomicReference（无锁线程安全）。

AtomicInteger atomicCounter = new AtomicInteger(0);

atomicCounter.incrementAndGet();

不可变对象：使用 final 修饰变量，避免状态变更。

七、线程池的最佳实践

避免频繁创建线程：使用线程池（如 ThreadPoolExecutor）复用线程。

配置参数：核心线程数：常驻线程数量；最大线程数：突发流量时的扩容上限。任务队列：缓冲待处理任务（如 LinkedBlockingQueue）。

八、总结

线程的核心价值是通过并发提高资源利用率和程序性能。合理使用线程的场景包括高并发服务、异步任务、并行计算等，但需注意线程安全和资源管理。Java 提供了丰富的 API（如 Executor 框架、CompletableFuture）和同步机制，结合线程池和现代并发工具，可以高效解决多线程编程的复杂性。