并发编程线程基础

一、什么是线程

线程是进程的一个实体，线程本身不会单独存在。进程是代码在数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，线程则是进程的一个执行路径，一个进程中至少有一个线程，进程中的多个线程共享进程的资源。
多个线程共享进程的堆和方法区资源，但是每个线程有自己的程序计数器和栈区域。

二、线程的创建与运行

• 继承Thread类，重写run方法
• 实现Runnable接口中的run方法
• 实现Callable中的call方法（含返回值，通过FutureTask实现）

使用继承的优缺点

• 优点：在run方法中直接使用this可以获取当前线程。
• 缺点：Java不支持多继承；任务和代码没有分离，当多个线程执行一样的任务的时候，需要多份任务代码

三、线程等待与通知

• wait()：调用线程被阻塞挂起，直到发生notify()或者notifyAll()或者调用了该线程的interrupt()方法抛出InterruptedException异常才会被返回。如果调用wait()方法的线程没有事先获取该对象的监视器锁，则调用wait方法的线程会抛出IllegalMonitorStateException异常。
• wait(long timeout)：如果一个线程调用共享对象的该方法挂起后，没有在指定的timeout ms时间内被其他线程调用该共享变量的notify()或者notifyAll()方法唤醒，那么该函数还是会因为超时而返回。
• wait(long timeout, int nanos)：内部调用的是wait(long timeout)，只有的当nanos>0时才会让timeout递增1。
• notify()：随机唤醒一个在该变量上调用wait系列方法后被挂起的线程，被唤醒后不能马上从wait方法返回并继续执行，必须获取了共享对象的监视器锁后才可以返回。
• notifyAll()：唤醒所有在该变量上调用的wait系列方法而被挂起的线程。

四、等待线程执行终止的join方法

join是Thread类直接提供的，join是无参且返回值为的void方法。假设线程A调用了线程B的join方法后被阻塞，当其他线程调用了线程A的interrupt方法中断了线程A时，线程A会抛出InterruptedException。

五、让线程睡眠的sleep方法

Thread类中有一个静态的sleep方法，当一个执行中的线程调用了Thread的sleep方法后，调用线程会暂时让出指定时间的执行权，也就是这期间不参与cpu的调度，但是该线程所拥有的监视器资源还是持有不让出的。如果睡眠期间，其他线程调用了该线程的interrupt()方法中断了该线程，则该线程会在调用sleep方法的地方抛出InterruptedException异常而返回。

六、让出CPU执行权的yield方法

Thread类中有一个静态的yield方法，当一个线程调用yield方法时，实际就是暗示线程调度器当前线程请求让出自己的cpu使用，但是线程调度器可以无条件忽视这个暗示。
sleep和yield方法的区别在于，当线程调用sleep方法时调用线程会被阻塞挂起指定的时间，在这期间线程调度器不会去调度该线程。而调用yield方法时，线程只是让出自己剩余的时间片，并没有被阻塞挂起，而是处于就绪状态，线程下一轮调度时就有可能调度到当前线程执行。

七、线程中断

Java中的线程中断是一种线程间的协作模式，通过设置线程的中断标志并不能直接终止该线程的执行，而是被中断的线程根据中断状态自行处理。

• void interrupt()方法：中断实现，设置中断标志为true并立即返回。
• boolean isInterrupted()方法：检测当前线程是否被中断，如果是返回true，否则返回false。
• boolean interrupted()方法：检测当前线程是否被中断，如果是返回true，否则返回false，该方法如果发现当前线程被终端，则会清除中断标志，并且该方法时static，可以通关Thread类直接调用。

八、理解线程上下文切换

上下文：线程的执行现场，当再次执行时根据保存的执行现场信息恢复执行现场。
线程上下文切换的时机

• 当前线程的CPU时间片使用完处于就绪状态
• 当前线程被其他线程中断时

九、线程死锁

什么是线程死锁？

死锁是指两个或两个以上的线程在执行过程中，因争夺资源而造成的互相等待的现象，在无外力作用的情况下，这些线程会一直相互等待而无法继续下去。
死锁的条件

• 互斥条件：指线程对已获取到的资源进行排它性使用，即该资源同时只由一个线程占用。
• 请求并持有条件：指一个线程已经持有了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而新资源已被其他线程占有，所以当前线程会被阻塞，但阻塞的同时并不释放自己已经获取的资源。
• 不可剥夺条件：指线程获取到的资源在自己使用完之前不能被其他线程抢占，只有在自己使用完毕后才由自己释放该资源。
• 环路等待条件：指在发生死锁时，必然存在一个线程-资源的环形链。

如何避免线程死锁

资源的有序性破坏了资源的请求并持有和环路等待条件，因此避免了死锁。

十、守护线程与用户线程

Java线程分两类：守护线程和用户线程。
它们之间的区别在于，守护线程是否结束并不影响JVM的退出，但是只要有一个用户线程还没结束，正常情况下JVM就不会退出。
Tomcat的NIO实现NioEndpoint中的一组接收线程和处理线程属于守护线程。

十一、ThreadLocal

ThreadLocal是JDK包提供的，它提供了线程本地变量，也就是如果你创建了一个ThreadLocal变量，那么访问这个变量的每个线程都有这个变量的一个本地副本。

ThreadLocal实现原理

在每个线程内部都有一个名为threadLocals的成员变量，该变量的类型是HashMap，其中key为我们定义的ThreadLocal变量的this的引用，value则为我们使用set方法设置的值。每个线程的本地变量存放在线程自己的内存变量threadLocals中，如果当前线程一直不消亡，那么这些本地变量会一直存在，所以可能造成内存溢出，因此使用完毕后要记得调用ThreadLocal的remove方法删除对应线程的threadLocals中的本地变量。

ThreadLocal不支持继承性

同一个ThreadLocal变量在父线程中被设置值后，在子线程是获取不到的。

InheritableThreadLocal类

特性就是让子线程可以访问父线程中设置的本地变量。
实现原理：InheritableThreadLocal类通过重写代码，让本地变量保存到了具体线程的inheritableThreadLcoals变量里面，那么线程在通过InheritableThreadLcoal类实例的set或者get方法设置变量时，就会创建当前线程的inheritableThreadLocals变量。当父线程创建子线程时，构造方法会把父线程中的inheritableThreadLocals变量里面的本地变量父子一份保存到子线程的inheritableThreadLcoals变量里面。