Java并发编程详解-优快云博客

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本文介绍了Java并发编程的相关概念，包括线程的优势、实现方式如继承Thread、实现Runnable和Callable接口，以及线程状态、线程安全、同步机制如synchronized和Lock，还探讨了线程协作、线程池及其重要性。

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1简介

1.1 并发

要想充分发挥处理器系统的强大计算能力，最简单的方式就是使用线程。
使用进程的原因：资源利用率；公平性；便利性
不同的程序在单独的进程中运行
线程允许在同一个进程中存在多个程序控制流，线程会共享进程范围内的资源。但每个线程都有各自的程序计数器、栈以及局部变量
线程也被称为轻量级进程，大多数的操作系统都是以进程为基本的调度单位。

1.2 线程的优势

线程可以有效地降低程序的开发和维护等成本，同时提升复杂应用程序的性能
发挥多处理器的强大能力
建模的简单性
异步事件的简化处理
响应更灵敏的用户界面

1.3 线程模块

Timer Timer类的作用是使任务在稍后的时刻运行，或者运行一次，或者周期性地运行
Servlet 和 **JavaServer Page（JSP）**Servlet 框架用于部署网页应用程序以及分发来自HTTP客户端的请求
远程方法调用（Remote Method Invocation,RMI ） RMI 使代码能够调用在其他JVM中运行的对象
Swing和AWT

2 线程安全

3 线程

线程的三种实现方式，

3.1继承Thread类

写一个类继承thread,重写run方法,调用start开启线程

public class TestThread {
    public static void main(String[] args) {
        Mythread thread=new Mythread();
        //start方法启动线程，运行run（）函数，直接调用run函数，不会启动线程
        //start（）方法只是为了开启一个新的栈空间，只要新的栈空间开辟，start（）方法瞬间结束，线程启动成功
        //启动的线程会自动调用run方法，并且run方法在分支栈的栈底部
        //run方法在分支栈底部，main方法在主栈底部，run和main是平级的
        thread.start();
        for(int i=0;i<100;i++)
        {
            System.out.println("主线程---->"+i);
        }
    }
}
class Mythread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for(int i=0;i<100;i++)
        {
            System.out.println("分支线程----->"+i);
        }
    }
}

3.2实现Runnable接口

类实现Runnable接口，重写run方法，

3.3实现Callable接口

4. 静态代理

真实对象和代理对象实现同一个接口
代理对象要代理真实角色

5.Lamda表达式

5.1 使用Lamda表达式的好处

避免匿名内部类定义过多
可以让代码看起来更简洁
去掉了一堆没有意义的代码，只留下核心的逻辑

5.2 函数式接口

任何接口，如果只包含唯一一个抽象方法，那么他就是一个函数式接口
对于函数式接口，我们可以通过lamda表达式创建该接口的对象

lamada表达式只有一行代码的情况下才能简化成为一行，如果有多行，使用代码块包裹
前提是接口为函数式接口
多个参数也可以去掉参数类型，必须加上括号


class Stativproxy{
    //静态内部类
   static class Like2 implements ILike{

        @Override
        public void lamda(int a) {
            System.out.println("I Like Lamda"+a);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        ILike like=new Like();
        like.lamda(1);
        like =new Like2();
        like.lamda(2);

        //局部内部类
        class Like3 implements ILike{
            @Override
            public void lamda(int a) {
                System.out.println("I Like Lamda"+a);
            }
        }
        like=new Like3();
        like.lamda(3);

        //匿名内部类
        like=new ILike() {
            @Override
            public void lamda(int a) {
                System.out.println("I Like Lamda"+a);
            }
        };
        like.lamda(4);

        //Lamda简化 参数类型
       like=(a)->{
            System.out.println("I Like Lamda"+a);
        };
        like.lamda(5);

        //去掉括号
        like=a->{
            System.out.println("I Like Lamda"+a);
        };
        like.lamda(6);
        //去掉花括号
        like=a-> System.out.println("I Like Lamda"+a);;
        like.lamda(7);
        
    }
}
interface ILike{
    void lamda(int a);
}
class Like implements ILike{
    @Override
    public void lamda(int a) {
        System.out.println("I Like Lamda"+a);
    }
}

6 线程状态

在这里插入图片描述

6.1 线程的方法

setPriority(int newPriority)  //更改线程的优先级
static void sleep(long millis) //在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠
void join() //等待该线程终止
static void yield()  //暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程
void interrupt() //中断线程
boolean isAlive() //测试线程是否处于活动状态

6.2 停止线程

不推荐使用JDK提供的stop()、destroy()方法
推荐线程自己停下来
建议使用一个标志位进行终止变量，当flag=false，则线程终止

6.3 线程休眠

static void sleep(long millis) //在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠
sleep存在异常InterruptedException；
sleep时间达到后线程进入就绪状态
sleep可以模拟网络延时，倒计时
每一个对象都有一个锁，sleep不会释放锁

6.4 线程礼让

礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞
将线程从运行状态转为就绪状态
让CPU重新调度，礼让不一定成功

6.5 join

Join合并线程，待此线程执行完成后，再执行其他线程，其他线程阻塞

6.6 观测线程状态

Thread.State

New 尚未启动的线程处于此状态
RUNNABLE 在Java虚拟机中执行的线程处于此状态
BLOCKED 被阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态
WAITING 正在等待另一个线程执行特定动作的线程处于此状态
TIMED_WAITING 正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程处于此状态
TERMINATED 已退出的线程处于此状态

6.7 线程优先级

java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度器按照优先级决定应该调度哪个线程来执行
线程的优先级用数字表示，范围1~10
Thread.MIN_PRIORITY=1;
Thread.MAX_PRIORITY=10;
Thread.NORM_PRIORITY=5;
使用getPriority()/setPriority(int x)改变或者获取优先级

优先级低意味着获得调度的概率低，并不是优先级低的就不会被调用，

6.8 守护（daemon）线程

线程分为用户线程和守护线程
虚拟机必须确保用户线程执行完毕
虚拟机不用等待守护线程执行完毕
守护线程有后台记录操作日志，监控内存，垃圾回收等待…

7线程同步机制

多个线程操作同一个资源
并发：同一个对象被多个线程同时操作
形成条件：队列+锁（synchronized）
当一个线程获得对象的排他锁，独占资源，其他资源必须等待，使用后释放锁即可
存在以下问题：

一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起
在多线程竞争下，加锁，释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题
如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁，会导致优先级导致，引起性能问题

7.1 同步方法（synchronized）

public synchronized void method(int args){}

synchronized方法控制对“对象”的访问，每个对象对应一把锁，每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，知道该方法返回才释放锁，后面阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行
缺陷：若将一个大的方法申明为synchronized，将会影响效率

7.2 同步块

synchronized（Obj）{}

Obj称之为同步监视器
Obj可以是任何对象，但是推荐使用共享资源作为同步监视器
同步方法中无需指定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是this
同步监视器的执行过程
1. 第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码
1. 第二个线程访问，法线同步监视器被锁定，无法访问
1. 第一个线程访问完毕，解锁同步监视器
1. 第二个线程访问，法线同步监视器没有锁，然后锁定访问

7.3 死锁

多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行﹐而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形.某一个同步块同时拥有“两个以上对象的锁”时，就可能会发生“死锁”的问题.

死锁产生的必要条件：
1．互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用。
2．请求与保持条件:一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
3.不剥夺条件:进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。
4.循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。
只要破坏以上任意一个或多个条件就可以避免死锁

7.4 锁（Lock）

从JDK5.0 开始，java提供了更强大的线程同步机制-通过显示定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当
java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象
ReentrantLock类实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显式加锁、释放锁

7.5 synchronized和Lock的对比

Lock是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁)，synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放
Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁
使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的扩展性（提供更多的子类)
优先使用顺序:
Lock >同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源)>同步方法（在方法体之外)

class A{
  private ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
  public void run(){
     lock.lock();
     try{
     }finally{
                 lock.unlock();  
             }
  }
}

8 线程协作

生产者和消费者问题
生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件

线程间通信：
1. wait() //表示线程一直等待，直到其他线程通知，与sleep不同，会释放锁
2. wait(long timeout) //直到等待的毫秒数
3. notify() //唤醒一个处于等待的线程
4. notifyAll() //唤醒同一个对象上所有调用wait（）方法的线程，优先级高的线程优先调度

9 线程池

背景:经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大。
思路:提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。
可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。
好处:
3.1 提高响应速度（减少了创建新线程的时间)
3.2 降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建)
3.3 便于线程管理(…)
3.3.1 corePoolSize:核心池的大小
3.3.2 maximumPoolSize:最大线程数
3.3.3 keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后会终止
JDK 5.0起提供了线程池相关API: ExecutorService和Executors
ExecutorService:真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
5.1 void execute(Runnable command):执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
5.2 Future submit(Callable task):执行任务，有返回值，一般又来执行Callable
5.3 void shutdown()︰关闭连接池
Executors:工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池