Java多线程学习（3）线程同步与线程通信

当多个线程访问同一个数据时会出现线程安全问题。

1 同步代码块

synchronized(obj){
    
}
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obj是同步监视器，线程开始执行同步代码块之前，必须先获得对同步监视器的锁定。

2 同步方法

对于用synchronized修饰的实例方法（非static方法）而言，无需显示指定同步监视器，同步方法的同步监视器是this，也就是调用该参数的对象。

同步代码块和同步方法要符合“加锁——修改——释放锁”的逻辑：在任何线程修改指定资源之前，首先对该资源加锁，加锁期间其他线程无法修改该资源，当该线程修改完成后，该线程释放对该线程的锁定。

以下几种情况，当前线程会释放同步监视器：
1 同步代码块执行结束；
2 同步代码块中遇到了break，return终止了该代码块；
3 在同步代码块中出现了未处理的Error或Exception；
4 当前线程执行同步代码块或同步方法时，程序执行了同步监视器对象的wait方法，则当前线程暂停，并释放同步监视器。

注：sleep(),yield(),suspend()不会释放同步监视器。

3 同步锁 Lock

从Java5开始，可以通过显示定义同步锁对象来实现同步，同步锁由Lock对象充当。
public interface Lock
Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。此实现允许更灵活的结构，可以具有差别很大的属性，可以支持多个相关的 Condition 对象。

锁是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。通常，锁提供了对共享资源的独占访问。一次只能有一个线程获得锁，对共享资源的所有访问都需要首先获得锁。不过，某些锁可能允许对共享资源并发访问，如 ReadWriteLock 的读取锁。
比较常用的是ReentrantLock。

private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
...
lock.lock();
...
lock.unlock();
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如果获取了多个锁，必须以相反的顺序释放；

4 死锁

死锁是这样一种情形：多个线程同时被阻塞，它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞，因此程序不可能正常终止。

java 死锁产生的四个必要条件：

1、互斥使用，即当资源被一个线程使用(占有)时，别的线程不能使用 2、不可抢占，资源请求者不能强制从资源占有者手中夺取资源，资源只能由资源占有者主动释放。 3、请求和保持，即当资源请求者在请求其他的资源的同时保持对原有资源的占有。 4、循环等待，即存在一个等待队列：P1占有P2的资源，P2占有P3的资源，P3占有P1的资源。这样就形成了一个等待环路。 当上述四个条件都成立的时候，便形成死锁。当然，死锁的情况下如果打破上述任何一个条件，便可让死锁消失。

线程通信：

1 传统线程通信

wait():导致当前线程等待，知道其他线程调用该同步监视器的notify()或notifyAll()方法来唤醒该线程。
notify():随机唤醒此同步监视器上的一个线程；
notifyAll()：唤醒此同步监视器上的所有线程。

2 使用Condition控制线程通信

如果程序使用的是Lock对象同步，则不存在隐式监视器，也就不能使用wait(),notify(),notifyAll()来进行线程同步了。
当使用Lock对象来保证同步是，java提供了一个Condition类来保持协调，使用Condition可以让那些已经得到Lock对象却无法执行的线程释放Lock对象，Condition对象也可以唤醒其他处于等待的线程。
Condition实例被绑定在一个Lock对象上，要获得特定的Lock实例的Condition实例。调用Lock对象的newCondition()方法即可。Condition类提供了如下三个方法：
1 wait()：导致当前线程等待；wait()方法有很多变体；
2 signal()：唤醒在此Lock对象上等待的单个线程，，只有当前线程放弃对该Lock对象的锁定后，才可以执行被唤醒的线程；
3 signalAll()：唤醒在此Lock对象上等待的所有线程，只有当前线程放弃对该Lock对象的锁定后，才可以执行被唤醒的线程。

3 使用阻塞队列（BlockingQueue）控制线程通信

BlockingQueue也是Queue的子接口，但是它的作用不是作为容器，而是作为线程同步的工具。
当生产者线程试图向BlockingQueue中放入元素时，如果队列已满，则线程被阻塞；
当消费者线程试图从BlockingQueue中取出元素时，如果该队列已空，则该线程被阻塞。
BlockingQueue提供如下两个支撑阻塞的方法。
put(E e)：尝试把E元素放入BlockingQueue中，如果队列已满，则线程被阻塞；
trake()：尝试从BlockingQueue的头部取出元素，，如果该队列已空，则该线程被阻塞。

BlockingQueue包含如下5个实现类：
1 ArrayBlockingQueue； 2 LinkedBlockingQueue; 3 PriorityBlockingQueue，取元素时，并不是取出在队列中存在时间最长的数，而是队列中最小的元素。
4 SynchronounsQueue：同步队列。对该队列的存取必须交替进行。
5 DelayQueue

4 线程组和未处理的异常

线程组ThreadGroup，可以对一批线程进行分类管理，java允许程序直接对线程组进行控制。对线程组的控制相当于同时控制这批线程，用户创建的所有线程都属于指定线程组，如果程序没有指定线程属于哪个线程组，则该线程属于默认线程组。
Thread(ThreadGruop, Runnable target);
Thread(ThreadGruop, Runnable target, String name);
Thread(ThreadGruop, String name);

ThreadGruop(String name); ThreadGruop(ThreadGruop target, String name);

ThreadGroup类提供了如下几个常用方法来操作整个线程组里的所有线程。
int activeCount()：返回此线程组中活动线程的数目；
interrupt(): 中断此线程组中的所有线程；
isDaemon()：判断该线程组是否是后台线程组；
setDaemon()：把该线程组设置成后台线程组；
setMaxPriority(int pri)：设置线程组的最高优先级。

5 线程池

系统启动一个线程的成本是比较高的，因为它涉及与操作系统的交互，使用线程池可以很好地提高性能，尤其是当程序中需要创建大量生命周期很短的线程时。

java5增加了Executers工厂类来产生线程池。

使用线程池来执行线程任务的步骤：
1 调用Executors类的静态方法创建一个ExecutorService对象，该对象代表一个线程池。
2 创建Runnable实现类或Callable实现类的实例，作为线程执行任务。
3 调用ExecutorService对象的submit对象来提交Runnable实例或Callable实例。
4 当不想提交任何线程时，使用shutdown()方法来关闭线程池。