学习笔记-JavaSE之多线程

基本概念：程序、进程、线程

• 程序(program)是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码，静态对象。

• 进程(process)是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程：有它自身的产生、存在和消亡的过程。——生命周期

  • 如：运行中的QQ，运行中的MP3播放器
  • 程序是静态的，进程是动态的
  • 进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域

• 线程(thread)，进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。

  • 若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的
  • 线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小
  • 一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间->它们从同一堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。
  • 这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资 源可能就会带来安全的隐患

使用多线程的优点

背景：以单核CPU为例，只使用单个线程先后完成多个任务（调用多个方
法），肯定比用多个线程来完成用的时间更短，为何仍需多线程呢？
多线程程序的优点：

1. 提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义，可增强用户体验。
2. 提高计算机系统CPU的利用率
3. 改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程，独立运行，利于理解和修改

何时需要多线程

• 程序需要同时执行两个或多个任务。
• 程序需要实现一些需要等待的任务时，如用户输入、文件读写操作、网络操作、搜索等。
• 需要一些后台运行的程序时。

线程的创建和使用

线程的创建和启动

- Java语言的JVM允许程序运行多个线程，它通过java.lang.Thread
类来体现。 Thread类的特性
- 每个线程都是通过某个特定Thread对象的run()方法来完成操作的，经常
把run()方法的主体称为线程体
- 通过该Thread对象的start()方法来启动这个线程，而非直接调用run()

Thread类

多线程的创建，方式一：继承于Thread类

1. 创建一个继承于Thread类的子类
2. 重写Thread类的run（）–>将此线程执行的操作声明在run（）中
3. 在主方法里创建Thread类的子类的对象
4. 通过此对象调用start（）：
   1. 启动当前线程
   2. 调用当前线程的run（）

• 说明两个问题：
  • 问题一：我们启动一个线程，必须调用start（），不能调用run（）的方式启动线程。
  • 问题二：如果再启动一个线程，必须重新创建一个Thread子类的对象，调用此对象的start（）.
    
    
    == 执行的结果:两个线程的结果相互交叉,随机,不确定.==
    

注意点：

1. 如果自己手动调用run()方法，那么就只是普通方法，没有启动多线程模式。
2. run()方法由JVM调用，什么时候调用，执行的过程控制都有操作系统的CPU
   调度决定。
3. 想要启动多线程，必须调用start方法。
4. 一个线程对象只能调用一次start()方法启动，如果重复调用了，则将抛出以上
   的异常“IllegalThreadStateException”。
   
   用匿名内部类创建多线程
   练习：创建两个分线程，其中一个线程遍历1ee以内的偶数，另一个线程遍历ee以内的奇端
   
   

测试Thread中的常用方法

void start(): 启动线程，并执行对象的run()方法
run(): 线程在被调度时执行的操作
String getName(): 返回线程的名称
void setName(String name):设置该线程名称
static Thread currentThread(): 返回当前线程。在Thread子类中就是this，通常用于主线程和Runnable实现类

• static void yield()：线程让步
  • 暂停当前正在执行的线程，把执行机会让给优先级相同或更高的线程
  • 若队列中没有同优先级的线程，忽略此方法
    join() ：当某个程序执行流中调用其他线程的 join() 方法时，调用线程将被阻塞，直到 join() 方法加入的 join 线程执行完为止。低优先级的线程也可以获得执行
    static void sleep(long millis)：(指定时间:毫秒) 令当前活动线程在指定时间段内放弃对CPU控制,使其他线程有机会被执行,时间到后重排队。抛出InterruptedException异常
    stop(): 强制线程生命期结束，不推荐使用
    boolean isAlive()：返回boolean，判断线程是否还活着

可以用sleep（）方法设计倒计时功能

主线程：

线程的调度

线程的优先级

创建多线程的方式二：实现Runnable接口

用实现runnable的方式买票不用ticket不用加static，因为只用了一个对象，这种方式天然的就共享数据。

比较创建线程的两种方式：

补充：线程的分类

• Java中的线程分为两类：一种是守护线程，一种是用户线程。
  • 它们在几乎每个方面都是相同的，唯一的区别是判断JVM何时离开。
  • 守护线程是用来服务用户线程的，通过在start()方法前调用thread.setDaemon(true)可以把一个用户线 程变成一个守护线程。
  • Java垃圾回收就是一个典型的守护线程。
  • 若JVM中都是守护线程，当前JVM将退出。
  • 形象理解：兔死狗烹，鸟尽弓藏
    

线程的生命周期

• JDK中用Thread.State类定义了线程的几种状态
  要想实现多线程，必须在主线程中创建新的线程对象。Java语言使用Thread类
  及其子类的对象来表示线程，在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五
  种状态：
  • 新建： 当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态
  • 就绪：处于新建状态的线程被start()后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已具备了运行的条件，只是没分配到CPU资源
  • 运行：当就绪的线程被调度并获得CPU资源时,便进入运行状态， run()方法定义了线程的操作和功能
  • 阻塞：在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出 CPU 并临时中止自己的执行，进入阻塞状态
  • 死亡：线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束
    
    根据阻塞产生的原因不同，阻塞状态又可以分为三种：
    a) 等待阻塞：运行状态中的线程执行wait()方法，使本线程进入到等待阻塞状态；
    b) 同步阻塞：线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，它会进入同步阻塞状态；
    c) 其他阻塞：通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。

线程的同步

Synchronized的使用方法

使用同步代码块解决实现runnable方式的线程安全问题

使用同步代码块解决继承Thread类的方式的线程安全问题

• 把同步监视器的对象加一个static，让其变为共享数据，在有多个对象线程时，在一个线程里改变他，其他线程里的他也会改变，同步监视器才能起作用。
  

使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题

使用同步方法处理继承Thread类的方式中的线程安全问题

使用同步机制将单例模式中的懒汉式改写为线程安全的

同步机制中的锁

同步锁机制：

在《Thinking in Java》中，是这么说的：对于并发工作，你需要某种方式来防止两个任务访问相同的资源（其实就是共享资源竞争）。 防止这种冲突的方法就是当资源被一个任务使用时，在其上加锁。第一个访问某项资源的任务必须锁定这项资源，使其他任务在其被解锁之前，就无法访问它了，而在其被解锁之时，另一个任务就可以锁定并使用它了。

synchronized的锁是什么？

任意对象都可以作为同步锁。所有对象都自动含有单一的锁（监视器）。
同步方法的锁：静态方法（类名.class）、非静态方法（this）
同步代码块：自己指定，很多时候也是指定为this或类名.class
注意：

• 必须确保使用同一个资源的多个线程共用一把锁，这个非常重要，否则就无法保证共享资源的安全
• 一个线程类中的所有静态方法共用同一把锁（类名.class），所有非静态方法共用同一把锁（this），同步代码块（指定需谨慎）

同步的范围

1、如何找问题，即代码是否存在线程安全？（非常重要）
（1）明确哪些代码是多线程运行的代码
（2）明确多个线程是否有共享数据
（3）明确多线程运行代码中是否有多条语句操作共享数据
2、如何解决呢？（非常重要）
对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完，在执行过程中，其他线程不可以参与执行。
即所有操作共享数据的这些语句都要放在同步范围中
3、切记：

• 范围太小：没锁住所有有安全问题的代码
• 范围太大：没发挥多线程的功能。

释放锁的操作

• 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束。
• 当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行。
• 当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导致异常结束。
• 当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法，当前线程暂停，并释放锁。

不会释放锁的操作

• 线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、
  Thread.yield()方法暂停当前线程的执行
• 线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程
  挂起，该线程不会释放锁（同步监视器）。
• 应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程

线程的死锁问题

• 死锁**（没有出现的死锁的程序也可能会出现死锁，在锁嵌套的程序就有可能出现死锁）**
  • 不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁
  • 出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续
• 解决方法
  • 专门的算法、原则
  • 尽量减少同步资源的定义
  • 尽量避免嵌套同步
    锁死的案列：左边的线程拿了s1锁执行完s2.append（“A”），准备拿s2的锁，可是s2锁被右边的线程拿了？
    在左边线程执行的同时，右边的线程也执行了，并拿了s2锁执行完s2.append（“C")后，准备拿s1锁，可是s1锁被左边的线程拿了？
    此时两个线程都在等待，程序不会停止，不会提示，不会异常，就会出现死锁的情况！！！
    

解决线程安全问题的方式三：Lock(锁)

• 从JDK 5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式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。

售票案列：（再用继承Thread的方式，lock要加一个static的，即：
）

如何解决线程安全问题？有几种方式？

• 有三种方式：synchronized加在代码块或方法上，和用lock的方式

线程的通信

• wait() 与 notify() 和 notifyAll()
  • wait()：令当前线程挂起并放弃CPU、同步资源并等待，使别的线程可访问并修改共享资源，而当前线程排队等候其他线程调用notify()或notifyAll()方法唤醒，唤醒后等待重新获得对监视器的所有权后才能继续执行。
  • notify()：唤醒正在排队等待同步资源的线程中优先级最高者结束等待
  • notifyAll ()：唤醒正在排队等待资源的所有线程结束等待.
• 这三个方法只有在synchronized方法或synchronized代码块中才能使用，否则会java.lang.IllegalMonitorStateException异常。
• 因为这三个方法必须有锁对象调用，而任意对象都可以作为synchronized的同步锁，因此这三个方法只能在Object类中声明。
• wait() 方法
  • 在当前线程中调用方法： 对象名.wait()
  • 使当前线程进入等待（某对象）状态 ，直到另一线程对该对象发出 notify (或notifyAll) 为止。
  • 调用方法的必要条件：当前线程必须具有对该对象的监控权（加锁）
  • 调用此方法后，当前线程将释放对象监控权 ，然后进入等待
  • 在当前线程被notify后，要重新获得监控权，然后从断点处继续代码的执行。
• notify()/notifyAll()
  • 在当前线程中调用方法： 对象名.notify()
  • 功能：唤醒等待该对象监控权的一个/所有线程。
  • 调用方法的必要条件：当前线程必须具有对该对象的监控权（加锁）

sleep（）和wait（）的面试题

JDK5.0新增线程创建方式

新增方式一实现Callable接口

使用线程池