10.1 基本概念

• 進(jìn)程之間內(nèi)存不共享

• Java中線程間堆內(nèi)存和方法區(qū)共享放吩，棧內(nèi)存獨(dú)立（很重要）御毅，方法區(qū)只有1塊根欧，堆也只有1塊，椂饲可能有多個(gè)凤粗，主線程對(duì)應(yīng)主棧，在進(jìn)程中創(chuàng)建的變量或?qū)ο蟮囊梦挥跅Ｖ薪穸梗还蚕硐蛹稹＃ǘ鄠€(gè)進(jìn)程間不共享局部變量）

• 每個(gè)棧與每個(gè)棧之間之間互不干擾，各自執(zhí)行呆躲，這就是多線程并發(fā)异逐。

• 堆，棧插掂，方法區(qū)

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• 線程的生命周期：

  NEW：創(chuàng)建

  RUNNABLE：?jiǎn)?dòng)線程之后灰瞻，被喚醒之后，有被CPU調(diào)度的機(jī)會(huì)

  WAITING：進(jìn)入等待集

  WAITINGTIME：帶阻塞時(shí)間的等待

  RUNNING：運(yùn)行態(tài)

  BLOCKING：阻塞態(tài)

  TERMINATED：死亡態(tài)

• 線程的運(yùn)行由CPU調(diào)度辅甥，每一次運(yùn)行結(jié)束的位置由程序計(jì)數(shù)器計(jì)算酝润，下一次從上一次斷開(kāi)的位置繼續(xù)。

10.2 創(chuàng)建線程的方法

• 創(chuàng)建線程的方法有很多種：

1. extends Thread璃弄，重寫(xiě)run()方法

MyThread t = new MyThread()

2. implements Runnable要销，重寫(xiě)run()方法。==Runnable只是一個(gè)普通接口==

Runnable r = new MyRunnable();
Thread t = new Thread(r);

3. implements Callable夏块，重寫(xiě)call方法疏咐。==Callable也只是一個(gè)普通接口==

Callable c = new MyCallable();
//用FutureTask去接收Callable，F(xiàn)utureTask是一個(gè)有返回值的線程脐供，因?yàn)閏all()方法有返回值
FutureTask f = new FutureTask(c);
f.run();
f.get();//get是一個(gè)阻塞性方法凳鬓，會(huì)一直獲取。也可以指定等待時(shí)間

4. 傳入一個(gè)線程Thread1患民，==Thread類(lèi)實(shí)現(xiàn)了Runnable接口==

Thread t = new Thread(Thread1)

5. 傳入 FutureTask缩举，==FutureTask實(shí)現(xiàn)了RunnableFuture接口，RunnableFuture繼承至Runnable==

Thread t = new Thread(new FutureTask(new Callable(){重寫(xiě)call()方法}))

6. 線程池ThreadPoolExecutor匹颤，在后面介紹
7. 線程組ThreadGroup

10.3 線程的常用方法

• 開(kāi)啟線程

  //Thread類(lèi)
  void start();
  //FutureTask類(lèi)
  Object run();
  

  注意如果直接調(diào)用run()方法不會(huì)開(kāi)啟線程仅孩。

• 設(shè)置守護(hù)線程

//守護(hù)線程會(huì)等待到所有用戶(hù)線程結(jié)束后自動(dòng)結(jié)束
void setDeamon(true);

• 中斷，設(shè)置中斷標(biāo)志

/*設(shè)置中斷標(biāo)志并不會(huì)中斷線程印蓖，如果處于wait,sleep,join等阻塞態(tài)被中斷時(shí)辽慕，會(huì)拋出InterruptedException異常
。在catch到異常之后赦肃，中斷標(biāo)志重置為false*/
void interrupt();
Thread t ;
t.interrupt();

• 檢測(cè)中斷的兩個(gè)方法

//靜態(tài)方法
Thread.interrupted();//檢測(cè)當(dāng)前線程中斷標(biāo)志位溅蛉，如果為true公浪，則返回true并重置為false。
//實(shí)例方法
void isInterrupted();//檢測(cè)中斷標(biāo)志船侧，不重置

• 阻塞線程的方法

1.void sleep(long timeMills);//掛起線程持續(xù)timeMills時(shí)間欠气，單位毫秒
2.void wait()
  void wait(long timeMills) //需要先獲取鎖，synchronized镜撩，然后用該鎖執(zhí)行wait()预柒，線程將自己掛起并釋放鎖
3.void join() //將調(diào)用者加到當(dāng)前線程，等待調(diào)用者執(zhí)行完畢袁梗。

• 喚醒線程宜鸯，使線程重新回到Runnable態(tài)

//喚醒線程也要先獲取鎖,synchronized，并且用和wait相同的鎖去notify
void notify()//隨機(jī)喚醒單個(gè)線程
void notifyAll()//喚醒所有在等待中的線程遮怜，只會(huì)喚醒在調(diào)用notifyAll之前就處于等待的線程淋袖。

==notify造成死鎖的原因分析==

? 假如有消費(fèi)者C1和C2，生產(chǎn)者P1锯梁，C1先拿到鎖适贸，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有產(chǎn)品，就wait涝桅，然后釋放鎖拜姿，鎖被P1拿到了，就產(chǎn)品+1冯遂，然后notify蕊肥，然后下一次爭(zhēng)搶鎖，P1搶到了蛤肌，發(fā)現(xiàn)有產(chǎn)品壁却，就wait，然后釋放鎖裸准，鎖被C1或者C2拿到了展东，消費(fèi)，然后notify炒俱，釋放鎖盐肃，再一次搶奪鎖時(shí)，只有消費(fèi)者搶到了权悟，則它就會(huì)wait砸王，這把鎖只要被消費(fèi)者搶到，因?yàn)闆](méi)有產(chǎn)品峦阁，就只能wait谦铃。就進(jìn)入了死鎖。即只要生產(chǎn)者連續(xù)兩次拿到鎖榔昔，必然會(huì)生產(chǎn)產(chǎn)品驹闰，然后第二次將自己掛起瘪菌，后面只要消費(fèi)者消費(fèi)了之后喚醒的不是生產(chǎn)者，就會(huì)使得所有消費(fèi)者都獲得鎖嘹朗，然后把自己掛起师妙。最終進(jìn)入死鎖。

所以結(jié)論是骡显，所有生產(chǎn)者和消費(fèi)者用notifyAll一定不會(huì)死鎖，因?yàn)檫@樣會(huì)喚醒所有掛起的線程曾掂，不存在忽略了生產(chǎn)者而造成后續(xù)的死鎖惫谤。死鎖產(chǎn)生的根本原因是生產(chǎn)者只喚醒生產(chǎn)者，消費(fèi)者只喚醒消費(fèi)者珠洗，最終生產(chǎn)者都認(rèn)為滿(mǎn)了溜歪，然后掛起；消費(fèi)者消費(fèi)完了许蓖，喚醒別的消費(fèi)者蝴猪，別的消費(fèi)者就會(huì)掛起，直到最先的消費(fèi)者被掛起膊爪。而如果都是用notifyAll自阱，就不分差異的喚醒所有

• 讓出CPU執(zhí)行權(quán)

void yield();//讓出當(dāng)前的CPU執(zhí)行權(quán)，讓CPU重新調(diào)度米酬，有可能再次被調(diào)度到

• 設(shè)置線程優(yōu)先級(jí)

void setPriority();//默認(rèn)等級(jí)5沛豌，最高10，最低1赃额。優(yōu)先級(jí)越高加派，被調(diào)度到的概率越大

10.4 線程同步

• 線程同步是解決線程安全問(wèn)題的方法，主要有==synchronized==同步跳芳，==Lock==同步和==CAS非阻塞算法==同步芍锦。CPU效率依次遞增

1、synchronized關(guān)鍵字

• synchronized作用于方法內(nèi)

  //synchronized(lock)飞盆，lock一般是共享的資源娄琉，雖然用其他唯一的實(shí)例也可以，但是推薦用共享資源
  @override
  public void run(){
      synchronized(lock){
          //do something
      }
  }
  

  • synchronized作用于方法上

    1.實(shí)例方法
    public synchronized void method(){} //此時(shí)的鎖為this吓歇，實(shí)例對(duì)象
    
    2.靜態(tài)方法
    public synchronized static void method(){} //此時(shí)的鎖為類(lèi)鎖车胡，class，它是唯一的
    

2照瘾、volatile關(guān)鍵字

• volatile只保存內(nèi)存可見(jiàn)性匈棘，它不保證線程安全
• volatile修飾的變量在發(fā)生變化時(shí)，會(huì)及時(shí)通知其它線程析命，重新從主內(nèi)存中取值到工作內(nèi)存主卫。但是因?yàn)関olatile不是原子性操作逃默，因此存在線程安全。
• image-20200606114713038.png

• 總線嗅探機(jī)制：線程A修改信息后在匯編指令中會(huì)加Lock前綴簇搅，修改信息通過(guò)總線被線程B嗅探到完域，（因?yàn)閏pu和內(nèi)存的交互通過(guò)I\O總線），此時(shí)B就把原來(lái)內(nèi)存空間的變量變?yōu)闊o(wú)效狀態(tài)瘩将。重新從主內(nèi)存中讀取吟税。
• volatile不保證線程安全的原因：

因?yàn)榫€程A在引擎從工作內(nèi)存中拿到值之后，讀姿现，改是分步的肠仪，這時(shí)候如果另外一個(gè)線程B已經(jīng)完成了寫(xiě)到主內(nèi)存的操作，假如寫(xiě)入的值為2备典。這時(shí)候線程A會(huì)通過(guò)嗅探機(jī)制异旧，感知到volatile修改的值的變化，會(huì)將自己工作內(nèi)存的變量舍去提佣，置位無(wú)效吮蛹，但是引擎已經(jīng)讀取了值了，并且完成了值的修改拌屏，假如修改為了1潮针。這時(shí)候，引擎就會(huì)assgin倚喂，把值存到工作內(nèi)存然低，然后再寫(xiě)到主內(nèi)存，就會(huì)將原來(lái)主內(nèi)存的值給覆蓋了务唐。

3雳攘、Lock鎖

• java.util.concurrent.locks包下的Lock是一個(gè)接口，其常用實(shí)現(xiàn)類(lèi)為ReentrantLock枫笛，效率比synchronized高吨灭，更安全
• Lock鎖也只有釋放了才能被其它線程獲取到。
• ==ReentrantLock==

//它是一個(gè)獨(dú)占鎖
new ReentrantLock(boolean fair);//fair表示是否公平
    公平：先到先得
    不公平：先到不一定先得刑巧，隨機(jī)喧兄，默認(rèn)是不公平

常用方法:

//ReentrantLock類(lèi)
void lock();//上鎖
void unlock();//釋放鎖

boolean tryLock(long time,TimeUnit timeUnit);//嘗試獲取鎖，成功則返回true啊楚，失敗則在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)多次嘗試
Condition newCondition();//獲取Condition對(duì)象吠冤，這個(gè)對(duì)象有await()和signal,signallAll方法，相當(dāng)于wait和notify恭理，notifyAll

//Condition類(lèi)
void await();//相當(dāng)于wait()
void await(int timeMills);//相當(dāng)于wait(int timeMills)
void signal();
void signalAll();

示例：

while (true){
    if (lock.tryLock(2, TimeUnit.SECONDS)){
            lock.lock;
        try {
            System.out.println("我獲取到鎖了");
        }finally {
            lock.unlock();
            break;
        }
    }
}

class TaskQueue {
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition condition = lock.newCondition();
    private Queue<String> queue = new LinkedList<>();


    public void addTask(String s) {
        lock.lock();
        try {
            queue.add(s);
            condition.signalAll();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }


    public String getTask() {
        lock.lock();
        try {
            while (queue.isEmpty()) {
                condition.await();
            }
            return queue.remove();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

• ==ReentrantReadWriteLock==

  //讀寫(xiě)鎖拯辙，寫(xiě)的優(yōu)先級(jí)高于讀。
  讀寫(xiě)鎖，多個(gè)線程可以同時(shí)獲得讀鎖涯保，但寫(xiě)鎖是獨(dú)占的诉濒，這樣的好處是提高并發(fā)效率。適用于多個(gè)線程讀夕春，少數(shù)線程寫(xiě)未荒。且沒(méi)有寫(xiě)的情況下，才能讀及志。這是一種悲觀鎖片排。
  讀鎖和寫(xiě)鎖本質(zhì)上是同一個(gè)鎖，只是讀鎖可以共享速侈。所以在讀的過(guò)程中也要加鎖率寡，防止被寫(xiě)占有，導(dǎo)致讀的過(guò)程中數(shù)據(jù)變更引起臟讀
  //示例
  public class Counter {
      private final ReadWriteLock rwlock = new ReentrantReadWriteLock();
      private final Lock rlock = rwlock.readLock();
      private final Lock wlock = rwlock.writeLock();
      private int[] counts = new int[10];
  
  
      public void inc(int index) {
          wlock.lock(); // 加寫(xiě)鎖
          try {
              counts[index] += 1;
          } finally {
              wlock.unlock(); // 釋放寫(xiě)鎖
          }
      }
  
  
      public int[] get() {
          rlock.lock(); // 加讀鎖
          try {
              return Arrays.copyOf(counts, counts.length);
          } finally {
              rlock.unlock(); // 釋放讀鎖
          }
      }
  }
  

  • ==StampledLock==

  這是一種樂(lè)觀鎖锌畸，允許在讀的時(shí)候?qū)懹铝樱阅鼙萊eentrantReadWriteLock高

4靖避、JUC包下的原子類(lèi)

• Atomic類(lèi)采用的是CAS非阻塞算法潭枣，使用的是Unsafe類(lèi)的compareAndSwap()作為基礎(chǔ)。Unsafe類(lèi)下還有很多其它方法幻捏，參考==《并發(fā)編程之美》==盆犁。

• CAS是機(jī)器級(jí)別的指令，效率比加鎖的方式高篡九。

• 并發(fā)包分類(lèi)：

  1. 其中LongBinaryOperator中的left就是每次accumulate運(yùn)算后的結(jié)果谐岁，第一次計(jì)算時(shí)是構(gòu)造LongAccumulator時(shí)傳入的identity，right是accumulate傳入的參數(shù)榛臼。
  2. LongAdder和LongAccumulator是相對(duì)于Atomic類(lèi)而言伊佃，它們類(lèi)似ThreadLocal，每個(gè)線程都有一個(gè)自己的復(fù)制變量沛善，不需要再為了競(jìng)爭(zhēng)原子資源而消耗時(shí)間航揉。
  3. 原子類(lèi)和鎖的不同之處在于鎖是阻塞的，只能被一個(gè)線程只有金刁，其它線程都必須阻塞等待帅涂。而原子類(lèi)不會(huì)阻塞線程，只不過(guò)同一時(shí)間只有一個(gè)線程可以操作成功尤蛮。

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10.5 ThreadLocal和ThreadLocalRandom

1媳友、ThreadLocal類(lèi)

• ThreadLocal<T>是本地線程變量，它是一個(gè)泛型類(lèi)产捞，可以存儲(chǔ)任意類(lèi)型醇锚。每個(gè)線程都有一個(gè)ThreadLocal的復(fù)制∨髁伲互不影響搂抒。==但是必須先在自己的虛擬機(jī)棧里set這個(gè)值==艇搀。一般定義為==static==，最后要在==finally里清除ThreadLocal==求晶。
• 常用方法

void set();
Object get();
void remove()清除

2焰雕、ThreadLocalRandom類(lèi)

• ThreadLocalRandom是多線程下使用的Random隨機(jī)數(shù)類(lèi)。

ThreadLocalRandom.current()//獲取當(dāng)前線程的ThreadLocalRandom對(duì)象芳杏。

10.6 線程池

1矩屁、基本概念

• 線程池和線程組：

  在main方法中自定義的線程都屬于同一個(gè)線程組，同一個(gè)線程組共享變量爵赵，但是線程組使用較少吝秕。

  線程池的效率高，它降低了創(chuàng)建線程的開(kāi)銷(xiāo)空幻。

• 線程池的關(guān)系

==主要接口視圖關(guān)系==:

Executor：線程池的頂級(jí)接口

ExecutorService：線程池的真正接口

ScheduledExecutorService：需要執(zhí)行重復(fù)任務(wù)的線程池的接口

ThreadPoolExecutor：ExecutorService的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)類(lèi)

ScheduledThreadPooleExecutor：繼承至ThreadPoolExecturo烁峭，實(shí)現(xiàn)ScheduledExecutorService接口

如果要執(zhí)行非重復(fù)任務(wù)，就轉(zhuǎn)為ExecutorServiece秕铛，如果要執(zhí)行重復(fù)任務(wù)约郁，就轉(zhuǎn)為ScheduledExecutorService。

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• 工具類(lèi)

==Executors==提供一些靜態(tài)工廠但两，用于創(chuàng)建不同類(lèi)型的線程池鬓梅。

• 線程池的一些參數(shù)

  ==corePoolSize==：核心線程數(shù)量
  ==maximumPooleSize==：最大線程數(shù)量

  ==keepAliveTime==：線程沒(méi)有任務(wù)時(shí)，最多保存多長(zhǎng)時(shí)間后會(huì)終止

2谨湘、線程池分類(lèi)

• ==newCachedThreadPool==

//創(chuàng)建一個(gè)帶有緩沖的線程池绽快，緩沖的意思是可以動(dòng)態(tài)調(diào)整線程池的核心線程數(shù)量，當(dāng)超過(guò)了默認(rèn)大小時(shí)紧阔，就擴(kuò)容坊罢。可以人為指定一個(gè)區(qū)間擅耽。
ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool(); //線程池活孩，無(wú)大小限制

• ==newFixedThreadPool==

//創(chuàng)建一個(gè)指定大小的線程池
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);

• ==newSingleThreadPoolExecutor==

//創(chuàng)建一個(gè)單線程的線程池，線程是串行執(zhí)行任務(wù)
ExecutorService service = Executors.newSingleThreadExecutor()
//單線程的執(zhí)行順序秫筏，先執(zhí)行t1再t2诱鞠，再t3，相當(dāng)于固定大小為1
service.execute(t1);
service.execute(t2);
service.execute(t3);

• ==newScheduledThreadPool==

  //周期性的執(zhí)行任務(wù)
  ExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool();
  service.schedule(t1,2, TimeUnit.SECONDS);//延遲多久執(zhí)行这敬，只執(zhí)行一次航夺，一次性任務(wù)
  service.scheduleAtFixedRate(t1,1,2,TimeUnit.SECONDS);//任務(wù)，第一次執(zhí)行的時(shí)間崔涂，間隔多久執(zhí)行一次阳掐，時(shí)間單位
  service.scheduleWithFixedDelay(t1,1,2,TimeUnit.SECONDS);//任務(wù)，第一次執(zhí)行的時(shí)間，間隔多久執(zhí)行一次缭保，時(shí)間單位
  service.shutdown();//關(guān)閉線程池
  

  scheduleAtFixedRate	間隔多久就執(zhí)行一次汛闸，從任務(wù)一開(kāi)始就計(jì)時(shí)，不管上一次任務(wù)是否執(zhí)行完畢艺骂。但是如果該任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間大于周期诸老，那么后續(xù)任務(wù)可能會(huì)延遲開(kāi)始，但是不會(huì)并發(fā)執(zhí)行
  scheduleWithFixedDelay	間隔多久執(zhí)行一次钳恕，指的是等上一次任務(wù)執(zhí)行完畢别伏，再間隔多久，執(zhí)行

  • 線程池的執(zhí)行任務(wù)方法：

    //submit
    Object submit(Callable<T> callable);//適用于有返回值的線程忧额，雖然也可以接收Runnable厘肮，這是返回的是null，但是為了區(qū)分睦番，最好接收Callable类茂。
    
    //execute
    void execute(Runnable runnable);//執(zhí)行無(wú)返回值的線程