java多线程

2019-04-27 本文已影响0人未闻花名未见你

线程与进程区别

进程是所有线程的集合，每一个线程是进程中的一条执行路径

创建线程的几种方式

 class CreateThread extends Thread {
    // run方法中编写 多线程需要执行的代码
    publicvoid run() {
        dosomething();
    }
}

class CreateRunnable implements Runnable {
    @Override
    publicvoid run() {
        dosomething();
        }
    }
}

Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                dosomething();
                }
            }
        });
         thread.start();

使用实现Runnable接口方式比较好，因为实现了接口还可以继续继承。继承Thread类不能再继承。

多线程运行状态

阻塞状态触发条件:

线程通过调用sleep方法进入睡眠状态；
线程调用一个在I/O上被阻塞的操作，即该操作在输入输出操作完成之前不会返回到它的调用者；
线程试图得到一个锁，而该锁正被其他线程持有；
线程在等待某个触发条件；
死亡状态触发条件：
run方法正常退出而自然死亡，
一个未捕获的异常终止了run方法而使线程猝死。
为了确定线程在当前是否存活着（就是要么是可运行的，要么是被阻塞了），需要使用isAlive方法。如果是可运行或被阻塞，这个方法返回true；如果线程仍旧是new状态且不是可运行的，或者线程死亡了，则返回false.

线程安全问题

当多个线程同时共享，同一个全局变量或静态变量，做写的操作时，可能会发生数据冲突问题，也就是线程安全问题。读操作不涉及。

线程安全解决办法

使用同步代码块

synchronized (obj) {
  ...
  //可能会发生线程冲突问题
}

同步函数
在方法上修饰synchronized 称为同步函数

public synchronized void show() {
  ...
}

静态同步函数

/**
静态方法中没有this对象，静态方法没有所属对象
任何类在加载的时候都会有字节码类对象，用getClass获取
*/
public static synchronized void show()
{
  ...
}

同步代码块的锁可以是任意对象
同步函数的锁是固定的的this
静态同步函数使用的锁是该函数所属字节码文件对象，可以使用this.getClass()方法获取，也可以用当前类名.class表示，静态方法中没有this对象，静态方法没有所属对象。而任何类在加载的时候都会有字节码类对象，用getClass获取。

死锁

多个线程共享多个资源，因资源使用不当而导致死锁问题。例如：A线程请求B线程正在使用的B资源，B线程请求C线程正在使用的C资源，C线程请求A线程正在使用的 A资源。于是就形成了死锁。

死锁产生的四个必要条件

互斥条件：当资源被占用时，其他线程不能使用。
请求与保持条件：一个线程因请求资源被阻塞时，它所占用的资源不会被释放。
不可剥夺条件：线程已获取资源，在未使用时不可被剥夺。
循环等待条件：各个线程等待资源形成了循环。

多线程之间实现通讯

wait()、notify、notifyAll()方法
这三个方法定义在Object类里，可以用来控制线程的状态。
这三个方法最终调用的都是jvm级的native方法。随着jvm运行平台的不同可能有些许差异。

如果锁对象调用了wait方法就会使持有该对象的线程把该对象的控制权交出去，然后处于等待状态。
如果对象调用了notify方法就会通知某个正在等待这个对象的控制权的线程可以继续运行。
如果对象调用了notifyAll方法就会通知所有等待这个对象控制权的线程继续运行。

注意：

这些方法都需要定义在同步中。
因为这些方法必须要标示所属的锁。
你要知道 A锁上的线程被wait了,那这个线程就相当于处于A锁的线程池中，只能A锁的notify唤醒。
这三个方法都定义在Object类中。为什么操作线程的方法定义在Object类中？
因为这三个方法都需要定义同步内，并标示所属的同步锁，既然被锁调用，而锁又可以是任意对象，那么能被任意对象调用的方法一定定义在Object类中。

Wait和Sleep区别

分析这两个方法：从执行权和锁上来分析：
wait：可以指定也可以不指定时间。不指定时间，由对应的notify或者notifyAll来唤醒。
sleep：必须指定时间，时间到了自动从冻结状态转成运行状态(临时阻塞状态)。
wait：线程会释放执行权，而且线程会释放对象锁。
Sleep：线程会释放执行权，但不释放对象锁。

线程的停止

使用退出标志，使线程正常退出，也就是当run方法完成后线程终止。
使用stop方法强行终止线程（这个方法不推荐使用，因为stop和suspend、resume一样，也可能发生不可预料的结果）。
使用interrupt方法中断线程。

JDK1.5-Lock

在 jdk1.5 之后，并发包中新增了 Lock 接口(以及相关实现类)用来实现锁功能，Lock 接口提供了与 synchronized 关键字类似的同步功能，但需要在使用时手动获取锁和释放锁。
jdk1.5 中提供给了多线程升级解决方案。
将同步synchronized替换成实Lock操作
将Object中的wait、notify、notifyAll，替换了Condition对象。
该对象可以Lock锁，进行获取。
Lock写法：

Lock lock  = new ReentrantLock();
lock.lock();
try{
//可能会出现线程安全的操作
}finally{
//一定在finally中释放锁，因为如果在被加锁的代码中抛出了异常,那么这个锁将会永远无法释放. 
//也不能把获取锁在try中进行，因为有可能在获取锁的时候抛出异常
  lock.ublock();
}

Lock接口：

lock(), 如果获取了锁立即返回，如果别的线程持有锁，当前线程则一直处于休眠状态，直到获取锁
tryLock(), 尝试非阻塞的获取锁，如果获取了锁立即返回true，如果别的线程正持有锁，立即返回false；
tryLock(long timeout, TimeUnit unit)，如果获取了锁定立即返回true，如果别的线程正持有锁，会等待参数给定的时间，在等待的过程中，如果获取了锁定，就返回true，如果等待超时，返回false；
lockInterruptibly() throws InterruptedException:如果获取了锁定立即返回，如果没有获取锁定，当前线程处于休眠状态，直到或者锁定，或者当前线程被别的线程中断
void unlock() 释放锁

Condition用法

Condition的功能类似于在传统的线程技术中的,Object.wait()和Object.notify()的功能,
代码:

Condition condition = lock.newCondition();
res. condition.await();  //类似wait
res. Condition. Signal() //类似notify

Lock接口与synchronized关键字的区别

lock是可中断锁，而synchronized 不是可中断锁
线程A和B都要获取对象O的锁定，假设A获取了对象O锁，B将等待A释放对O的锁定，
如果使用 synchronized ，如果A不释放，B将一直等下去，不能被中断
如果使用ReentrantLock，如果A不释放，可以使B在等待了足够长的时间以后，中断等待，而干别的事情
synchronized是在JVM层面上实现的，lock是通过代码实现的，JVM会自动释放锁定（代码执行完成或者出现异常），但是使用Lock则不行，要保证锁定一定会被释放，就必须将unLock()放到finally{}中。
关于synchronized 原理，可以参考文章：https://blog.csdn.net/striveb/article/details/83415182

join()方法

join作用是让其他线程变为等待，可以让线程按照指定的顺序执行，具有使线程排队运行的作用
示例代码：

//线程按照t1、t2、main顺序执行
 JoinThread joinThread = new JoinThread();
        Thread t1 = new Thread(joinThread);
        Thread t2 = new Thread(joinThread);
        t1.start();
        t1.join();
        t2.start();
        t2.join();
        System.out.println("main thread run");

Yield()方法

Thread.yield()方法作用：暂停当前正在执行的线程，并执行其他线程。
yield()让当前正在运行的线程回到可运行状态，以允许具有相同优先级的其他线程获得运行的机会。因此，使用yield()的目的是让具有相同优先级的线程之间能够适当的轮换执行。但是，实际中无法保证yield()达到让步的目的，因为，让步的线程可能被线程调度程序再次选中。

Java多线程与并发编程

多线程三大特性

多线程有三大特性，原子性、可见性、有序性

原子性

即一个操作或者多个操作要么全部执行，要么就都不执行。
比如转账问题：从账户A向账户B转1000元，分两步：从账户A减去1000元，往账户B加上1000元。这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。
再比如i = i+1；包括：读取i的值，计算i，写入i。这行代码不具备原子性，则多线程运行会出现安全问题，需要用同步和lock来确保原子性。
原子性就是保证数据一致、线程安全。

可见性

当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。
若两个线程在不同的cpu，那么线程1改变了i的值还没刷新到主存，线程2又使用了i，那么这个i值肯定还是之前的，线程1对变量的修改线程没看到这就是可见性问题。

有序性

程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。
一般来说处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化，它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。如下：
int a = 10; //语句1
int r = 2; //语句2
a = a + 3; //语句3
r = a*a; //语句4
则因为重排序，他还可能执行顺序为 2-1-3-4，1-3-2-4
但绝不可能 2-1-4-3，因为这打破了依赖关系。
显然重排序对单线程运行是不会有任何问题，而多线程就不一定了，所以我们在多线程编程时就得考虑这个问题了。

Java内存模型（不是JVM内存结构）

共享内存模型指的就是Java内存模型(简称JMM)，JMM决定一个线程对共享变量的写入时,能对另一个线程可见。从抽象的角度来看，JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存（main memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（local memory），本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化。

从上图来看，线程A与线程B之间如要通信的话，必须要经历下面2个步骤：

首先，线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。
然后，线程B到主内存中去读取线程A之前已更新过的共享变量。
下面通过示意图来说明这两个步骤：

如上图所示，本地内存A和B有主内存中共享变量x的副本。假设初始时，这三个内存中的x值都为0。线程A在执行时，把更新后的x值（假设值为1）临时存放在自己的本地内存A中。当线程A和线程B需要通信时，线程A首先会把自己本地内存中修改后的x值刷新到主内存中，此时主内存中的x值变为了1。随后，线程B到主内存中去读取线程A更新后的x值，此时线程B的本地内存的x值也变为了1。
从整体来看，这两个步骤实质上是线程A在向线程B发送消息，而且这个通信过程必须要经过主内存。JMM通过控制主内存与每个线程的本地内存之间的交互，来为java程序员提供内存可见性保证。
总结：什么是Java内存模型：java内存模型简称jmm，定义了一个线程对另一个线程可见。共享变量存放在主内存中，每个线程都有自己的本地内存，当多个线程同时访问一个数据的时候，可能本地内存没有及时刷新到主内存，所以就会发生线程安全问题。

Volatile

什么是Volatile

Volatile 关键字的作用是变量在多个线程之间可见。
代码:

class ThreadVolatileDemo extends Thread {
    public    boolean flag = true;
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("开始执行子线程....");
        while (flag) {
        }
        System.out.println("线程停止");
    }
    public void setRuning(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }
}

public class ThreadVolatile {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadVolatileDemo threadVolatileDemo = new ThreadVolatileDemo();
        threadVolatileDemo.start();
        Thread.sleep(3000);
        threadVolatileDemo.setRuning(false);
        System.out.println("flag 已经设置成false");
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(threadVolatileDemo.flag);

    }
}

运行结果:

已经将结果设置为fasle为什么？还一直在运行呢。
原因:线程之间是不可见的，读取的是副本，没有及时读取到主内存结果。
解决办法使用Volatile关键字将解决线程之间可见性, 强制线程每次读取该值的时候都去“主内存”中取值

Volatile非原子性

public class VolatileNoAtomic extends Thread {
    private static volatile int count;
    // private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
    private static void addCount() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
//count++不是原子性操作，Volatile虽然保证了可见性，多线程情况下还是会出现线程安全问题
            count++;
            // count.incrementAndGet();
        }
        System.out.println(count);
    }

    public void run() {
        addCount();
    }

    public static void main(String[] args) {
        VolatileNoAtomic[] arr = new VolatileNoAtomic[100];
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            arr[i] = new VolatileNoAtomic();
        }
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            arr[i].start();
        }
    }
}

运行结果:

结果发现数据不同步，原因：
count++不是原子性操作，由读取、加、赋值3步组成，Volatile虽然保证了可见性，多线程情况下还是会出现线程安全问题，所以Volatile不用具备原子性。
volatile的深入了解：https://blog.csdn.net/u012723673/article/details/80682208

使用AtomicInteger原子类

public class VolatileNoAtomic extends Thread {
    static int count = 0;
    private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            //等同于i++
            atomicInteger.incrementAndGet();
        }
        System.out.println(count);
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 初始化10个线程
        VolatileNoAtomic[] volatileNoAtomic = new VolatileNoAtomic[10];
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            // 创建
            volatileNoAtomic[i] = new VolatileNoAtomic();
        }
        for (int i = 0; i < volatileNoAtomic.length; i++) {
            volatileNoAtomic[i].start();
        }
    }
}

volatile与synchronized区别

仅靠volatile不能保证线程的安全性。（原子性）
①volatile轻量级，只能修饰变量。synchronized重量级，还可修饰方法
②volatile只能保证数据的可见性，不能用来同步，因为多个线程并发访问volatile修饰的变量不会阻塞。
synchronized不仅保证可见性，而且还保证原子性，因为，只有获得了锁的线程才能进入临界区，从而保证临界区中的所有语句都全部执行。多个线程争抢synchronized锁对象时，会出现阻塞。
线程安全性
线程安全性包括两个方面，①可见性。②原子性。
从上面自增的例子中可以看出：仅仅使用volatile并不能保证线程安全性。而synchronized则可实现线程的安全性。

ThreadLocal

什么是ThreadLocal

ThreadLocal提供一个线程的局部变量，访问某个线程拥有自己局部变量。
当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。

ThreadLocal的接口方法

ThreadLocal类接口很简单，只有4个方法，我们先来了解一下：

void set(Object value)设置当前线程的线程局部变量的值。
public Object get()该方法返回当前线程所对应的线程局部变量。
public void remove()将当前线程局部变量的值删除，目的是为了减少内存的占用，该方法是JDK 5.0新增的方法。需要指出的是，当线程结束后，对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收，所以显式调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作，但它可以加快内存回收的速度。
protected Object initialValue()返回该线程局部变量的初始值，该方法是一个protected的方法，显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法，在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，并且仅执行1次。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null。
案例:创建三个线程，每个线程生成自己独立序列号。
代码:

class Res {
   // 生成序列号共享变量
   public static Integer count = 0;
   public static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<Integer>() {
       protected Integer initialValue() {
           return 0;
       };
   };
   public Integer getNum() {
       int count = threadLocal.get() + 1;
       threadLocal.set(count);
       return count;
   }
}

public class ThreadLocaDemo2 extends Thread {
   private Res res;
   public ThreadLocaDemo2(Res res) {
       this.res = res;
   }
   @Override
   public void run() {
       for (int i = 0; i < 3; i++) {
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + "i---" + i + "--num:" + res.getNum());
       }
   }

   public static void main(String[] args) {
       Res res = new Res();
       ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo1 = new ThreadLocaDemo2(res);
       ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo2 = new ThreadLocaDemo2(res);
       ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo3 = new ThreadLocaDemo2(res);
       threadLocaDemo1.start();
       threadLocaDemo2.start();
       threadLocaDemo3.start();
   }
}

ThreadLocal实现原理

ThreadLocal通过map集合
Map.put(“当前线程”,值)；

线程池

什么是线程池？

线程池是指在初始化一个多线程应用程序过程中创建一个线程集合，然后在需要执行新的任务时重用这些线程而不是新建一个线程。线程池中线程的数量通常完全取决于可用内存数量和应用程序的需求。然而，增加可用线程数量是可能的。线程池中的每个线程都有被分配一个任务，一旦任务已经完成了，线程回到池子中并等待下一次分配任务。
重点：线程复用

线程池作用

基于以下几个原因在多线程应用程序中使用线程是必须的：

线程池改进了一个应用程序的响应时间。由于线程池中的线程已经准备好且等待被分配任务，应用程序可以直接拿来使用而不用新建一个线程。
线程池节省了CLR 为每个短生存周期任务创建一个完整的线程的开销并可以在任务完成后回收资源。
线程池根据当前在系统中运行的进程来优化线程时间片。
线程池允许我们开启多个任务而不用为每个线程设置属性。
线程池允许我们为正在执行的任务的程序参数传递一个包含状态信息的对象引用。
线程池可以用来解决处理一个特定请求最大线程数量限制问题。

线程池四种创建方式

Java通过Executors（jdk1.5并发包）提供四种线程池，分别为：
newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

newCachedThreadPool

创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。示例代码如下：

ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int index = i;
            // try {
            // Thread.sleep(index * 1000);
            // } catch (InterruptedException e) {
            // e.printStackTrace();
            // }
            cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + index);
                }
            });
        }

输出：创建的10个线程，可能会有复用的线程
总结: 线程池为无限大，当执行第二个任务时第一个任务已经完成，会复用执行第一个任务的线程，而不用每次新建线程。

newFixedThreadPool

创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。示例代码如下：
// 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待

final ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int index = i;
            newCachedThreadPool.execute(new Runnable() {
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(2000);
                    } catch (Exception e) {
                        // TODO: handle exception
                    }
                    System.out.println("i:" + index);
                }
            });
        }

总结:因为线程池大小为3，每隔2秒打印3个数字。
定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()

newScheduledThreadPool

创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。延迟执行示例代码如下：
// 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。延迟执行示例代码如下：

        ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
        newScheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println("delay 3 seconds");
            }
        }, 3, TimeUnit.SECONDS);

表示延迟3秒执行。

newSingleThreadExecutor

创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。示例代码如下：

ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int index = i;
            newSingleThreadExecutor.execute(new Runnable() {

                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("index:" + index);
                    try {
                        Thread.sleep(200);
                    } catch (Exception e) {
                        // TODO: handle exception
                    }
                }
            });
        }

注意: 结果依次输出，相当于顺序执行各个任务。