引

如果對(duì)什么是線程板熊、什么是進(jìn)程仍存有疑惑，請(qǐng)先Google之察绷，因?yàn)檫@兩個(gè)概念不在本文的范圍之內(nèi)干签。

用多線程只有一個(gè)目的，那就是更好的利用cpu的資源拆撼，因?yàn)樗械亩嗑€程代碼都可以用單線程來實(shí)現(xiàn)容劳。說這個(gè)話其實(shí)只有一半對(duì)喘沿，因?yàn)榉磻?yīng)“多角色”的程序代碼，最起碼每個(gè)角色要給他一個(gè)線程吧竭贩，否則連實(shí)際場(chǎng)景都無法模擬蚜印，當(dāng)然也沒法說能用單線程來實(shí)現(xiàn)：比如最常見的“生產(chǎn)者，消費(fèi)者模型”留量。

很多人都對(duì)其中的一些概念不夠明確窄赋，如同步、并發(fā)等等楼熄，讓我們先建立一個(gè)數(shù)據(jù)字典忆绰，以免產(chǎn)生誤會(huì)。

多線程：指的是這個(gè)程序（一個(gè)進(jìn)程）運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生了不止一個(gè)線程

并行與并發(fā)：

并行：多個(gè)cpu實(shí)例或者多臺(tái)機(jī)器同時(shí)執(zhí)行一段處理邏輯可岂，是真正的同時(shí)错敢。

并發(fā)：通過cpu調(diào)度算法，讓用戶看上去同時(shí)執(zhí)行缕粹，實(shí)際上從cpu操作層面不是真正的同時(shí)稚茅。并發(fā)往往在場(chǎng)景中有公用的資源，那么針對(duì)這個(gè)公用的資源往往產(chǎn)生瓶頸平斩，我們會(huì)用TPS或者QPS來反應(yīng)這個(gè)系統(tǒng)的處理能力亚享。

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并發(fā)與并行

線程安全：經(jīng)常用來描繪一段代碼。指在并發(fā)的情況之下双戳，該代碼經(jīng)過多線程使用，線程的調(diào)度順序不影響任何結(jié)果糜芳。這個(gè)時(shí)候使用多線程飒货，我們只需要關(guān)注系統(tǒng)的內(nèi)存，cpu是不是夠用即可峭竣。反過來塘辅，線程不安全就意味著線程的調(diào)度順序會(huì)影響最終結(jié)果，如不加事務(wù)的轉(zhuǎn)賬代碼：

void transferMoney(User from, User to, float amount){ ?to.setMoney(to.getBalance() + amount); ?from.setMoney(from.getBalance() - amount); }

同步：Java中的同步指的是通過人為的控制和調(diào)度皆撩，保證共享資源的多線程訪問成為線程安全扣墩，來保證結(jié)果的準(zhǔn)確。如上面的代碼簡單加入

@synchronized

關(guān)鍵字扛吞。在保證結(jié)果準(zhǔn)確的同時(shí)呻惕，提高性能，才是優(yōu)秀的程序滥比。線程安全的優(yōu)先級(jí)高于性能亚脆。

好了，讓我們開始吧盲泛。我準(zhǔn)備分成幾部分來總結(jié)涉及到多線程的內(nèi)容：

扎好馬步：線程的狀態(tài)

內(nèi)功心法：每個(gè)對(duì)象都有的方法（機(jī)制）

太祖長拳：基本線程類

九陰真經(jīng)：高級(jí)多線程控制類

扎好馬步：線程的狀態(tài)

先來兩張圖：

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線程狀態(tài)

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線程狀態(tài)轉(zhuǎn)換

各種狀態(tài)一目了然濒持，值得一提的是"blocked"這個(gè)狀態(tài)：

線程在Running的過程中可能會(huì)遇到阻塞(Blocked)情況

調(diào)用join()和sleep()方法键耕，sleep()時(shí)間結(jié)束或被打斷，join()中斷,IO完成都會(huì)回到Runnable狀態(tài)柑营，等待JVM的調(diào)度屈雄。

調(diào)用wait()，使該線程處于等待池(wait blocked pool),直到notify()/notifyAll()官套，線程被喚醒被放到鎖定池(lock blocked pool )酒奶，釋放同步鎖使線程回到可運(yùn)行狀態(tài)（Runnable）

對(duì)Running狀態(tài)的線程加同步鎖(Synchronized)使其進(jìn)入(lock blocked pool ),同步鎖被釋放進(jìn)入可運(yùn)行狀態(tài)(Runnable)。

此外虏杰，在runnable狀態(tài)的線程是處于被調(diào)度的線程讥蟆，此時(shí)的調(diào)度順序是不一定的。Thread類中的yield方法可以讓一個(gè)running狀態(tài)的線程轉(zhuǎn)入runnable纺阔。

內(nèi)功心法：每個(gè)對(duì)象都有的方法（機(jī)制）

synchronized, wait, notify 是任何對(duì)象都具有的同步工具瘸彤。讓我們先來了解他們

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monitor

他們是應(yīng)用于同步問題的人工線程調(diào)度工具。講其本質(zhì)笛钝，首先就要明確monitor的概念质况，Java中的每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)監(jiān)視器，來監(jiān)測(cè)并發(fā)代碼的重入玻靡。在非多線程編碼時(shí)該監(jiān)視器不發(fā)揮作用结榄，反之如果在synchronized 范圍內(nèi)，監(jiān)視器發(fā)揮作用囤捻。

wait/notify必須存在于synchronized塊中臼朗。并且，這三個(gè)關(guān)鍵字針對(duì)的是同一個(gè)監(jiān)視器（某對(duì)象的監(jiān)視器）蝎土。這意味著wait之后视哑，其他線程可以進(jìn)入同步塊執(zhí)行。

當(dāng)某代碼并不持有監(jiān)視器的使用權(quán)時(shí)（如圖中5的狀態(tài)誊涯，即脫離同步塊）去wait或notify挡毅，會(huì)拋出java.lang.IllegalMonitorStateException。也包括在synchronized塊中去調(diào)用另一個(gè)對(duì)象的wait/notify暴构，因?yàn)椴煌瑢?duì)象的監(jiān)視器不同跪呈，同樣會(huì)拋出此異常。

再講用法：

synchronized單獨(dú)使用：

代碼塊：如下取逾，在多線程環(huán)境下耗绿，synchronized塊中的方法獲取了lock實(shí)例的monitor，如果實(shí)例相同砾隅，那么只有一個(gè)線程能執(zhí)行該塊內(nèi)容

public class Thread1 implements Runnable { ? Object lock; ? public void run() { ? ? ? ? synchronized(lock){ ? ? ? ? ..do something ? ? ? } ? } }

直接用于方法： 相當(dāng)于上面代碼中用lock來鎖定的效果缭乘，實(shí)際獲取的是Thread1類的monitor。更進(jìn)一步，如果修飾的是static方法堕绩，則鎖定該類所有實(shí)例腊瑟。

public class Thread1 implements Runnable { ? public synchronized void run() { ? ? ? ? ?..do something ? } }

synchronized, wait, notify結(jié)合:典型場(chǎng)景生產(chǎn)者消費(fèi)者問題

/** ? * 生產(chǎn)者生產(chǎn)出來的產(chǎn)品交給店員 ? */ ?public synchronized void produce() ?{ ? ? ?if(this.product >= MAX_PRODUCT) ? ? ?{ ? ? ? ? ?try ? ? ? ? ?{ ? ? ? ? ? ? ?wait(); ? ? ? ? ? ? ? ?System.out.println("產(chǎn)品已滿,請(qǐng)稍候再生產(chǎn)"); ? ? ? ? ?} ? ? ? ? ?catch(InterruptedException e) ? ? ? ? ?{ ? ? ? ? ? ? ?e.printStackTrace(); ? ? ? ? ?} ? ? ? ? ?return; ? ? ?} ? ? ?this.product++; ? ? ?System.out.println("生產(chǎn)者生產(chǎn)第" + this.product + "個(gè)產(chǎn)品."); ? ? ?notifyAll(); ? //通知等待區(qū)的消費(fèi)者可以取出產(chǎn)品了 ?} ?/** ? * 消費(fèi)者從店員取產(chǎn)品 ? */ ?public synchronized void consume() ?{ ? ? ?if(this.product <= MIN_PRODUCT) ? ? ?{ ? ? ? ? ?try ? ? ? ? ?{ ? ? ? ? ? ? ?wait(); ? ? ? ? ? ? ?System.out.println("缺貨,稍候再取"); ? ? ? ? ?} ? ? ? ? ?catch (InterruptedException e) ? ? ? ? ?{ ? ? ? ? ? ? ?e.printStackTrace(); ? ? ? ? ?} ? ? ? ? ?return; ? ? ?} ? ? ?System.out.println("消費(fèi)者取走了第" + this.product + "個(gè)產(chǎn)品."); ? ? ?this.product--; ? ? ?notifyAll(); ? //通知等待去的生產(chǎn)者可以生產(chǎn)產(chǎn)品了 ?}

volatile

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volatile

針對(duì)多線程使用的變量如果不是volatile或者final修飾的讯私，很有可能產(chǎn)生不可預(yù)知的結(jié)果（另一個(gè)線程修改了這個(gè)值，但是之后在某線程看到的是修改之前的值）。其實(shí)道理上講同一實(shí)例的同一屬性本身只有一個(gè)副本蓖宦。但是多線程是會(huì)緩存值的尊勿，本質(zhì)上抹腿，volatile就是不去緩存彤路，直接取值。在線程安全的情況下加volatile會(huì)犧牲性能沫浆。

太祖長拳：基本線程類

基本線程類指的是Thread類捷枯，Runnable接口，Callable接口

Thread 類實(shí)現(xiàn)了Runnable接口专执，啟動(dòng)一個(gè)線程的方法：

MyThread my = new MyThread(); 　　my.start();

Thread類相關(guān)方法：

//當(dāng)前線程可轉(zhuǎn)讓cpu控制權(quán)淮捆，讓別的就緒狀態(tài)線程運(yùn)行（切換）

public static Thread.yield() //暫停一段時(shí)間

public static Thread.sleep() ? //在一個(gè)線程中調(diào)用other.join(),將等待other執(zhí)行完后才繼續(xù)本線程。

public join()

//后兩個(gè)函數(shù)皆可以被打斷

public interrupte()

關(guān)于中斷：它并不像stop方法那樣會(huì)中斷一個(gè)正在運(yùn)行的線程本股。線程會(huì)不時(shí)地檢測(cè)中斷標(biāo)識(shí)位攀痊，以判斷線程是否應(yīng)該被中斷（中斷標(biāo)識(shí)值是否為true）。終端只會(huì)影響到wait狀態(tài)拄显、sleep狀態(tài)和join狀態(tài)苟径。被打斷的線程會(huì)拋出InterruptedException。

Thread.interrupted()檢查當(dāng)前線程是否發(fā)生中斷躬审，返回boolean

synchronized在獲鎖的過程中是不能被中斷的棘街。

中斷是一個(gè)狀態(tài)！interrupt()方法只是將這個(gè)狀態(tài)置為true而已承边。所以說正常運(yùn)行的程序不去檢測(cè)狀態(tài)遭殉，就不會(huì)終止，而wait等阻塞方法會(huì)去檢查并拋出異常炒刁。如果在正常運(yùn)行的程序中添加while(!Thread.interrupted()) 恩沽，則同樣可以在中斷后離開代碼體

Thread類最佳實(shí)踐：

寫的時(shí)候最好要設(shè)置線程名稱 Thread.name誊稚，并設(shè)置線程組 ThreadGroup翔始，目的是方便管理。在出現(xiàn)問題的時(shí)候里伯，打印線程棧 (jstack -pid) 一眼就可以看出是哪個(gè)線程出的問題城瞎，這個(gè)線程是干什么的。

如何獲取線程中的異常

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不能用try,catch來獲取線程中的異常

Runnable

與Thread類似

Callable

future模式：并發(fā)模式的一種疾瓮，可以有兩種形式脖镀，即無阻塞和阻塞，分別是isDone和get狼电。其中Future對(duì)象用來存放該線程的返回值以及狀態(tài)

ExecutorService e = Executors.newFixedThreadPool(3);

//submit方法有多重參數(shù)版本蜒灰，及支持callable也能夠支持runnable接口類型.

Future future = e.submit(new myCallable()); future.isDone() //return true,false 無阻塞

future.get() // return 返回值弦蹂，阻塞直到該線程運(yùn)行結(jié)束

九陰真經(jīng)：高級(jí)多線程控制類

以上都屬于內(nèi)功心法，接下來是實(shí)際項(xiàng)目中常用到的工具了强窖，Java1.5提供了一個(gè)非常高效實(shí)用的多線程包:java.util.concurrent, 提供了大量高級(jí)工具,可以幫助開發(fā)者編寫高效凸椿、易維護(hù)、結(jié)構(gòu)清晰的Java多線程程序翅溺。

1.ThreadLocal類

用處：保存線程的獨(dú)立變量脑漫。對(duì)一個(gè)線程類（繼承自Thread)

當(dāng)使用ThreadLocal維護(hù)變量時(shí)，ThreadLocal為每個(gè)使用該變量的線程提供獨(dú)立的變量副本咙崎，所以每一個(gè)線程都可以獨(dú)立地改變自己的副本优幸，而不會(huì)影響其它線程所對(duì)應(yīng)的副本。常用于用戶登錄控制褪猛，如記錄session信息网杆。

實(shí)現(xiàn)：每個(gè)Thread都持有一個(gè)TreadLocalMap類型的變量（該類是一個(gè)輕量級(jí)的Map，功能與map一樣握爷，區(qū)別是桶里放的是entry而不是entry的鏈表跛璧。功能還是一個(gè)map。）以本身為key新啼，以目標(biāo)為value追城。

主要方法是get()和set(T a)，set之后在map里維護(hù)一個(gè)threadLocal -> a燥撞，get時(shí)將a返回座柱。ThreadLocal是一個(gè)特殊的容器。

2.原子類（AtomicInteger物舒、AtomicBoolean……）

如果使用atomic wrapper class如atomicInteger色洞，或者使用自己保證原子的操作，則等同于synchronized

//返回值為boolean

AtomicInteger.compareAndSet(int expect,int update)

該方法可用于實(shí)現(xiàn)樂觀鎖冠胯，考慮文中最初提到的如下場(chǎng)景：a給b付款10元火诸，a扣了10元，b要加10元荠察。此時(shí)c給b2元置蜀，但是b的加十元代碼約為：

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AtomicReference

對(duì)于AtomicReference 來講，也許對(duì)象會(huì)出現(xiàn)悉盆，屬性丟失的情況盯荤，即oldObject == current，但是oldObject.getPropertyA != current.getPropertyA焕盟。

這時(shí)候秋秤，AtomicStampedReference就派上用場(chǎng)了。這也是一個(gè)很常用的思路，即加上版本號(hào)

3.Lock類

lock: 在java.util.concurrent包內(nèi)灼卢。共有三個(gè)實(shí)現(xiàn)：

ReentrantLock

ReentrantReadWriteLock.ReadLock

ReentrantReadWriteLock.WriteLock

主要目的是和synchronized一樣绍哎， 兩者都是為了解決同步問題，處理資源爭端而產(chǎn)生的技術(shù)鞋真。功能類似但有一些區(qū)別蛇摸。

區(qū)別如下：

lock更靈活，可以自由定義多把鎖的枷鎖解鎖順序（synchronized要按照先加的后解順序）

提供多種加鎖方案灿巧，lock 阻塞式, trylock 無阻塞式, lockInterruptily 可打斷式赶袄， 還有trylock的帶超時(shí)時(shí)間版本。

本質(zhì)上和監(jiān)視器鎖（即synchronized是一樣的）

能力越大抠藕，責(zé)任越大饿肺，必須控制好加鎖和解鎖，否則會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難盾似。

和Condition類的結(jié)合敬辣。

性能更高，對(duì)比如下圖：

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synchronized和Lock性能對(duì)比

ReentrantLock

可重入的意義在于持有鎖的線程可以繼續(xù)持有零院，并且要釋放對(duì)等的次數(shù)后才真正釋放該鎖溉跃。

使用方法是：

1.先new一個(gè)實(shí)例

static ReentrantLock r=new ReentrantLock();

2.加鎖

r.lock()或r.lockInterruptibly();

此處也是個(gè)不同，后者可被打斷告抄。當(dāng)a線程lock后撰茎，b線程阻塞，此時(shí)如果是lockInterruptibly打洼，那么在調(diào)用b.interrupt()之后龄糊，b線程退出阻塞，并放棄對(duì)資源的爭搶募疮，進(jìn)入catch塊炫惩。（如果使用后者，必須throw interruptable exception 或catch）

3.釋放鎖

r.unlock()

必須做阿浓！何為必須做呢他嚷，要放在finally里面。以防止異常跳出了正常流程芭毙，導(dǎo)致災(zāi)難筋蓖。這里補(bǔ)充一個(gè)小知識(shí)點(diǎn)，finally是可以信任的：經(jīng)過測(cè)試稿蹲，哪怕是發(fā)生了OutofMemoryError扭勉，finally塊中的語句執(zhí)行也能夠得到保證鹊奖。

ReentrantReadWriteLock

可重入讀寫鎖（讀寫鎖的一個(gè)實(shí)現(xiàn)）

ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock() 　　ReadLock r = lock.readLock(); 　　WriteLock w = lock.writeLock();

兩者都有l(wèi)ock,unlock方法苛聘。寫寫，寫讀互斥；讀讀不互斥设哗〕罚可以實(shí)現(xiàn)并發(fā)讀的高效線程安全代碼

4.容器類

這里就討論比較常用的兩個(gè)：

BlockingQueue

ConcurrentHashMap

BlockingQueue

阻塞隊(duì)列。該類是java.util.concurrent包下的重要類网梢，通過對(duì)Queue的學(xué)習(xí)可以得知震缭，這個(gè)queue是單向隊(duì)列，可以在隊(duì)列頭添加元素和在隊(duì)尾刪除或取出元素战虏。類似于一個(gè)管　　道拣宰，特別適用于先進(jìn)先出策略的一些應(yīng)用場(chǎng)景。普通的queue接口主要實(shí)現(xiàn)有PriorityQueue（優(yōu)先隊(duì)列）烦感，有興趣可以研究

BlockingQueue在隊(duì)列的基礎(chǔ)上添加了多線程協(xié)作的功能：

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BlockingQueue

除了傳統(tǒng)的queue功能（表格左邊的兩列）之外巡社，還提供了阻塞接口put和take，帶超時(shí)功能的阻塞接口offer和poll手趣。put會(huì)在隊(duì)列滿的時(shí)候阻塞晌该，直到有空間時(shí)被喚醒；take在隊(duì)　列空的時(shí)候阻塞绿渣，直到有東西拿的時(shí)候才被喚醒朝群。用于生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型尤其好用，堪稱神器中符。

常見的阻塞隊(duì)列有：

ArrayListBlockingQueue

LinkedListBlockingQueue

DelayQueue

SynchronousQueue

ConcurrentHashMap

高效的線程安全哈希map姜胖。請(qǐng)對(duì)比hashTable , concurrentHashMap, HashMap

5.管理類

管理類的概念比較泛，用于管理線程淀散，本身不是多線程的谭期，但提供了一些機(jī)制來利用上述的工具做一些封裝。

了解到的值得一提的管理類：ThreadPoolExecutor和 JMX框架下的系統(tǒng)級(jí)管理類 ThreadMXBean

ThreadPoolExecutor

如果不了解這個(gè)類吧凉，應(yīng)該了解前面提到的ExecutorService隧出，開一個(gè)自己的線程池非常方便：

ExecutorService e = Executors.newCachedThreadPool(); ? ?ExecutorService e = Executors.newSingleThreadExecutor(); ? ?ExecutorService e = Executors.newFixedThreadPool(3);

// 第一種是可變大小線程池，按照任務(wù)數(shù)來分配線程阀捅， ? ?// 第二種是單線程池胀瞪，相當(dāng)于FixedThreadPool(1) ? ?// 第三種是固定大小線程池。 ? ?// 然后運(yùn)行 ? ?e.execute(new MyRunnableImpl());

該類內(nèi)部是通過ThreadPoolExecutor實(shí)現(xiàn)的饲鄙，掌握該類有助于理解線程池的管理凄诞，本質(zhì)上，他們都是ThreadPoolExecutor類的各種實(shí)現(xiàn)版本忍级。請(qǐng)參見javadoc：

ThreadPoolExecutor參數(shù)解釋

corePoolSize:池內(nèi)線程初始值與最小值帆谍，就算是空閑狀態(tài)，也會(huì)保持該數(shù)量線程轴咱。

maximumPoolSize:線程最大值汛蝙，線程的增長始終不會(huì)超過該值烈涮。

keepAliveTime：當(dāng)池內(nèi)線程數(shù)高于corePoolSize時(shí)，經(jīng)過多少時(shí)間多余的空閑線程才會(huì)被回收窖剑〖崆ⅲ回收前處于wait狀態(tài)

unit：

時(shí)間單位，可以使用TimeUnit的實(shí)例西土，如TimeUnit.MILLISECONDS

workQueue:待入任務(wù)（Runnable）的等待場(chǎng)所讶舰，該參數(shù)主要影響調(diào)度策略，如公平與否需了，是否產(chǎn)生餓死(starving)

threadFactory:線程工廠類跳昼，有默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，如果有自定義的需要?jiǎng)t需要自己實(shí)現(xiàn)ThreadFactory接口并作為參數(shù)傳入肋乍。

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