參考:
《Java并發(fā)編程的藝術(shù)》第四章
《Java多線程編程核心技術(shù)》
博客 http://www.reibang.com/p/8a04b5ec786c Java多線程基礎(chǔ)
博客 http://www.reibang.com/p/12af2d966c13 Java并發(fā)編程1

一.線程簡(jiǎn)介

1.線程和進(jìn)程

• 進(jìn)程是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位概而，現(xiàn)代操作系統(tǒng)運(yùn)行程序時(shí)會(huì)創(chuàng)建進(jìn)程
• 線程也叫輕量級(jí)進(jìn)程狈孔，是現(xiàn)代操作系統(tǒng)調(diào)度的最小單元浑玛，一個(gè)進(jìn)程中可以有多個(gè)線程陕贮，每個(gè)線程都擁有各自的計(jì)數(shù)器带污、堆棧和局部變量等屬性怔软，并能夠訪問共享的內(nèi)存變量

2.為什么使用多線程

• 更多的計(jì)算核心：充分利用多核處理器的硬件優(yōu)勢(shì)姜性，將計(jì)算邏輯分配給多個(gè)處理器同時(shí)執(zhí)行
• 更快的響應(yīng)時(shí)間：在業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜的場(chǎng)景中猪叙，將數(shù)據(jù)一致性不強(qiáng)的操作派發(fā)給其他線程處理
• 更好的編程邏輯：Java提供了良好并且一致的多線程編程模型赘风，方便開發(fā)者完成多線程開發(fā)

3.上下文切換

• CPU切換運(yùn)行的線程時(shí)存儲(chǔ)和恢復(fù)CPU的過程夹囚，使得線程能夠從中斷點(diǎn)恢復(fù)執(zhí)行
• 線程上下文切換過程中會(huì)記錄程序計(jì)數(shù)器、CPU寄存器狀態(tài)等
• 多線程環(huán)境中上下文切換會(huì)帶來一定的性能開銷

4.線程優(yōu)先級(jí)

• 現(xiàn)代操作系統(tǒng)采取分時(shí)的形式調(diào)度執(zhí)行的線程
• 線程在獲取操作系統(tǒng)分出的時(shí)間片后開始執(zhí)行邀窃，時(shí)間片用完后停止執(zhí)行荸哟，等待再次獲得時(shí)間片
• 線程優(yōu)先級(jí)決定線程獲取CPU時(shí)間片的優(yōu)先級(jí)
• 注意：Java線程優(yōu)先級(jí)在某些操作系統(tǒng)中無效

5.線程的狀態(tài)

線程狀態(tài)切換

6. Daemon線程

• 支持型線程扇救，用作程序中后臺(tái)調(diào)度以及支持型工作
• JVM不存在非Daemon線程時(shí)刑枝，Daemon線程將自動(dòng)結(jié)束香嗓，JVM退出
• 注意，在JVM退出時(shí)装畅，Daemon線程中的finally塊可能不會(huì)執(zhí)行

二.線程啟動(dòng)和終止

1.構(gòu)造線程

• void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name靠娱，long stackSize，AccessControlContext acc)方法完成線程構(gòu)造
• 新構(gòu)造的線程對(duì)象由其parent線程進(jìn)行空間分配洁灵，繼承了parent線程的Daemon饱岸、優(yōu)先級(jí)和加載資源的contextClassLoader以及可繼承的ThreadLocal，同時(shí)獲得唯一的線程ID

2.線程的實(shí)現(xiàn)

• 繼承Thread類徽千，重寫run()方法苫费，Thread類本身實(shí)現(xiàn)了Runnable接口
• 實(shí)現(xiàn)Runnable接口，重寫run()方法
• 使用ExecutorService双抽、Callable百框、Future實(shí)現(xiàn)有返回結(jié)果的多線程

3.線程中斷

• 一個(gè)線程應(yīng)該自行停止，而非由其他線程強(qiáng)制中斷或停止
• Thread.stop()不保證資源的正確釋放牍汹、Thread.suspend()暫停時(shí)不釋放鎖容易導(dǎo)致死鎖铐维、Thread.resume()等三個(gè)方法都已廢棄
• 每個(gè)線程均有一個(gè)中斷標(biāo)志位，表示是否有其他線程對(duì)該線程進(jìn)行了中斷操作
• 當(dāng)對(duì)一個(gè)線程調(diào)用interrupt()方法時(shí)
  1）如果線程處于等待狀態(tài)(如sleep慎菲、wait嫁蛇、join)時(shí)，線程將立即退出等待狀態(tài)露该，并拋出一個(gè)interruptedException異常睬棚，僅此而已
  2）如果線程處于正常活動(dòng)狀態(tài)解幼，會(huì)將該線程的中斷標(biāo)志設(shè)置為true抑党，僅此而已。被設(shè)置中斷標(biāo)志的線程將繼續(xù)正常運(yùn)行撵摆，不受影響
• 所以interrupt()并不能真正的中斷線程底靠，需要被調(diào)用的線程進(jìn)行配合。如果一個(gè)線程有被中斷的需求特铝，可以這樣做
  1）在正常運(yùn)行任務(wù)時(shí)暑中，使用isInterrupted()方法經(jīng)常檢查本線程的中斷標(biāo)志位，如果被設(shè)置了中斷標(biāo)志就自行停止
  2）線程處于等待狀態(tài)時(shí)鲫剿，catch到InterruptedException異常后退出線程
• Thread.interrupted()方法將清除中斷標(biāo)志位痒芝，但并不代表線程又恢復(fù)，僅代表線程已響應(yīng)該中斷信號(hào)然后重置為可再次接收信號(hào)的狀態(tài)
• 處于等待的線程在調(diào)用interrupt()方法后拋出InterruptedException前牵素，JVM將先清除線程的中斷標(biāo)志位

三.線程間通信

1.volatile和synchronized

• Java支持多個(gè)線程同時(shí)訪問共享對(duì)象，現(xiàn)代多核處理器為了加速程序運(yùn)行澄者，每個(gè)線程會(huì)擁有共享對(duì)象的一份拷貝笆呆，由此引出內(nèi)存可見性問題——一個(gè)線程看到的變量并一定是最新的
• volatile：修飾的字段(成員變量)请琳，要求程序?qū)υ撟兞康脑L問必須從共享內(nèi)存獲取，修改必須同步刷新回共享內(nèi)存赠幕，從而保證所有線程對(duì)變量訪問的可見性
• synchronized：修飾方法或同步塊俄精，確保同一時(shí)刻，只有一個(gè)線程處于方法或同步塊中榕堰，保證了線程對(duì)變量訪問的可見性和排他性
• 對(duì)象竖慧、對(duì)象的監(jiān)視器、同步隊(duì)列和執(zhí)行線程之間的關(guān)系
  1）任意線程對(duì)由synchronized保護(hù)的object的訪問逆屡，首先要獲得object的監(jiān)視器Monitor
  2）如果Monitor獲取失敗圾旨，線程進(jìn)入同步隊(duì)列SynchronizedQueue，線程為BLOCKED狀態(tài)
  3）當(dāng)其他獲得鎖訪問object的線程釋放鎖魏蔗，該釋放操作喚醒阻塞在同步隊(duì)列中的線程砍的，使其重新嘗試獲取object的Monitor

2.等待/通知機(jī)制

• 生產(chǎn)者消費(fèi)者模式
  1）線程A修改了一個(gè)對(duì)象的值，線程B在感知變化后進(jìn)行相應(yīng)的操作
  2）整個(gè)過程開始于線程A(生產(chǎn)者)莺治，最終執(zhí)行于線程B(消費(fèi)者)
  3）該模式隔離了“做什么”(What)和“怎么做”(How)廓鞠，功能層面實(shí)現(xiàn)了解耦
• 原始辦法
  消費(fèi)者線程不斷循環(huán)檢查信號(hào)變量是否變化，偽代碼如下谣旁，存在程序及時(shí)性和資源消耗量的兩難

while ( value != desire )  {
    Thread.sleep ( 1000 ) ;
}
doSometing();

• 等待/通知機(jī)制 notify/wait
  1）線程A調(diào)用對(duì)象O的wait()方法進(jìn)入等待狀態(tài)
  2）線程B調(diào)用對(duì)象O的notify()或notifyAll()方法通知線程A
  3）線程A收到通知后從對(duì)象O的wait()方法返回床佳，繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)操作

• 等待/通知機(jī)制流程
  1）使用wait()、notify()榄审、notifyAll()時(shí)需要先對(duì)調(diào)用對(duì)象加鎖
  2）調(diào)用wait()后砌们，線程狀態(tài)由RUNNING變?yōu)閃AITING，并將當(dāng)前線程放置在等待隊(duì)列
  3）notify()或notifyAll()方法調(diào)用后瘟判，等待線程依舊不會(huì)從wait()返回怨绣，需要調(diào)用notify()或notifyAll()的線程釋放鎖之后，等待線程才會(huì)從wait()返回
  4）notify()/notifyAll()將等待隊(duì)列中的一個(gè)/全部等待線程從等待隊(duì)列中移到同步隊(duì)列拷获，被移動(dòng)的線程狀態(tài)由WAITING變?yōu)锽LOCKED
  5）從wait()方法返回(離開同步隊(duì)列開始運(yùn)行)的前提是獲得了調(diào)用對(duì)象的鎖
  

  Wait/Notify

• 等待/通知的經(jīng)典范式

等待方偽代碼
1.獲取對(duì)象的鎖
2.如果條件不滿足篮撑，則調(diào)用對(duì)象的wait()方法，被通知后仍要檢查條件
3.條件滿足則執(zhí)行對(duì)應(yīng)邏輯
synchronized(對(duì)象)  {
      while(條件不滿足)  {
            對(duì)象.wait();
      }
      對(duì)應(yīng)的處理邏輯
}

通知方偽代碼
1.獲取對(duì)象的鎖
2.改變條件
3.通知所有等待在對(duì)象上的線程
synchronized(對(duì)象)  {
      改變條件
      對(duì)象.notifyAll();
}

3.管道輸入/輸出流

• 管道IO主要用于線程間數(shù)據(jù)傳輸匆瓜，傳輸媒介為內(nèi)存赢笨，與文件IO或網(wǎng)絡(luò)IO不同
• 主要實(shí)現(xiàn)類
  1）管道字節(jié)流：PipedOutputStream、PipedInputStream
  2）管道字符流：PipedReader驮吱、PipedWriter

PipedReader in = new PipedReader();
PipedWriter out = new PipedWriter();
//必須連接輸入流和輸出流茧妒，否則拋出異常
out.connect(in);

4.Thread.join()

• 線程A使用thread.join()表示當(dāng)前線程A等待thread線程終止后才從thread.join()返回
• join()方法的源代碼邏輯結(jié)構(gòu)與等待/通知經(jīng)典范式一致，即加鎖左冬、循環(huán)和處理邏輯三步

5.線程變量ThreadLocal

• 以ThreadLocal對(duì)象為鍵桐筏、任意對(duì)象為值得存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，依附于線程
• 線程可以根據(jù)一個(gè)ThreadLocal對(duì)象查詢到綁定在這個(gè)線程上的一個(gè)值

那年離別日拇砰，只道住桐廬梅忌。桐廬人不見狰腌，今得廣州書