一、線程概述

進程是處于運行過程中的程序呵燕，并且具有一定的獨立功能憾筏，進程是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位钦奋。

進程的三個特征：

1. 獨立性
2. 動態(tài)性
3. 并發(fā)性

線程可以擁有自己的堆棧、程序計數(shù)器袒炉、局部變量旁理，但不擁有系統(tǒng)資源，它與父進程的其它線程共享該進程所擁有的全部資源我磁。

一個線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個線程孽文，同一個進程中的多個線程可以并發(fā)執(zhí)行驻襟。

二、線程的創(chuàng)建和啟動

Java使用Thread類創(chuàng)建線程芋哭，所有的線程對象都必須是Thread類或其子類的實例沉衣。

繼承Thread創(chuàng)建線程

1. 定義Thread類創(chuàng)建線程類，并重寫run()方法减牺，表示線程需要完成的任務(wù)豌习，run()方法為線程執(zhí)行體。
2. 創(chuàng)建Thread子類的實例拔疚，即創(chuàng)建了線程實例肥隆。
3. 調(diào)用線程對象的start()方法啟動該線程。

public class Test extends Thread {
    private int i ;
    @Override
    public void run(){
        for(;i<100;i++){
            System.out.println(getName()+"  "+i);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        new Test().start();
        new Test().start();
    }
}

以上程序有3個進程稚失，包括主線程栋艳。main方法的方法體代表主線程的線程執(zhí)行體。

• Thread.currentThread()

返回正在執(zhí)行的線程對象

• getName()

返回調(diào)用該方法的線程的名字墩虹。

程序可以通過setName(String name)方法為線程設(shè)置名字嘱巾，通過getName()方法返回名字。默認(rèn)主線程的名字為main诫钓，用戶啟動的多個線程的名字依次為Thread-0旬昭，Thread-1...

使用繼承Thread類的方法創(chuàng)建的線程類，多個線程之間無法共享線程類的實例變量菌湃。

實現(xiàn)Runnable接口

1. 定義Runnable接口的實現(xiàn)類问拘，并重寫run()方法
2. 創(chuàng)建Runnable實現(xiàn)類的實例，并以此實例作為Thread的target創(chuàng)建Thread對象惧所。
3. 調(diào)用run()方法啟動線程

//實現(xiàn)Runnable接口的類的實例
Test t = new Test();
new Thread(t);
new Thread(t, "name");

Runnable對象僅僅作為Thread對象的target骤坐，Runnable實現(xiàn)類里面的run()方法僅作為線程執(zhí)行體。實際的線程對象依然是Thread的實例下愈，該Thread線程負(fù)責(zé)執(zhí)行其target的run()方法纽绍。

Runnable接口是函數(shù)式接口，Callable接口也是函數(shù)式接口

使用Callable和Future

Java5開始提供Callable接口势似，提供了一個call()方法可以作為線程執(zhí)行體拌夏，但比run()方法更強大：

1. call()方法可以有返回值
2. 可以聲明拋出異常

Callable對象不能直接作為Thread的target。

java5提供了Future接口代表Callable接口里call()方法的返回值履因。并為Future接口提供了FutureTask實現(xiàn)類障簿。該實現(xiàn)類實現(xiàn)了Runnable接口，可以作為Thread的target栅迄。

Future接口定義的公共方法控制它關(guān)聯(lián)的Callable任務(wù)：

1. boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)
2. V get()
3. V get(long timeout, TimeUnit unit)
4. boolean isCancelled()
5. boolean isDone()

Callable接口有泛型限制站故，泛型形參與call()方法的返回值類型相同。而且Callable接口是函數(shù)式接口毅舆。

創(chuàng)建并啟動有返回值的接口：

1. 創(chuàng)建Callable接口的實現(xiàn)類西篓，并實現(xiàn)call()方法愈腾，再創(chuàng)建Callable實現(xiàn)類的實例。
2. 使用FutureTask類包裝Callable對象岂津，封裝了Callable對象的call()方法的返回值顶滩。
3. 使用FutureTask對象作為Thread的target創(chuàng)建并啟動新線程。
4. 調(diào)用FutureTask對象的get()方法獲得子線程執(zhí)行結(jié)束后的返回值

import java.util.concurrent.FutureTask;

public class Test{
    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
        FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>( ()->{
            int i=0;
            for(;i<100;i++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"  "+i);
            }
            return i;
        });

        new Thread(task).start();
        try{
            System.out.println(task.get());
        }
        catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        
    }
}

創(chuàng)建線程的三種方式對比

可以將Callable和Runnable歸并為一類寸爆。

使用實現(xiàn)這兩個接口創(chuàng)建多線程的優(yōu)缺點：

1. 還可以繼承其他類
2. 多個線程可以共享同一個target對象
3. 編程稍微復(fù)雜，如果需要訪問當(dāng)前線程盐欺，則要使用Thread.currentThread()方法

使用Thread方式：

1. 不能繼承其他父類
2. 編寫簡單

推薦使用Runnable和Callable方式創(chuàng)建多線程

三赁豆、線程的生命周期

新建、就緒冗美、運行魔种、阻塞、死亡

新建和就緒狀態(tài)

new之后就處于新建狀態(tài)粉洼。分配內(nèi)存节预，初始化成員變量的值。

start之后處于就緒狀態(tài)属韧。創(chuàng)建方法調(diào)用棧和程序計數(shù)器安拟。

運行和阻塞狀態(tài)

處于就緒狀態(tài)的進程獲得了cpu就處于運行狀態(tài)。

所有現(xiàn)代的桌面和服務(wù)器操作系統(tǒng)都采用搶占式調(diào)度策略宵喂。(系統(tǒng)分配給線程一段時間)

協(xié)作式調(diào)度策略(線程調(diào)用它的sleep或者yield方法才會停止)

以下情況由就緒變?yōu)樽枞?/p>

1. 調(diào)用sleep方法
2. 調(diào)用了一個阻塞式io
3. 試圖獲得一個同步監(jiān)視器糠赦，但該監(jiān)視器正在被別的線程使用。
4. 線程在等待某個通知
5. 程序調(diào)用了線程的suspend()方法將線程掛起锅棕。

從阻塞變?yōu)榫途w：

1. 調(diào)用sleep()方法的線程經(jīng)過了指定時間
2. 線程調(diào)用的阻塞式io方法已經(jīng)返回
3. 線程成功獲得了試圖取得的同步監(jiān)視器
4. 線程正在等待某個通知時拙泽，其他線程發(fā)出了一個通知
5. 處于掛起狀態(tài)的線程被嗲用了resume()恢復(fù)方法

死亡

1. run()或者call()方法執(zhí)行完畢
2. 線程拋出一個未捕獲的異常或者錯誤
3. 直接調(diào)用該線程的stop方法(容易死鎖)

當(dāng)主線程結(jié)束時裸燎，其他線程不受任何影響顾瞻，并不會隨之結(jié)束。一旦子線程啟動起來德绿，他就擁有和主線程一樣的地位荷荤。

調(diào)用線程的isAlive()方法可以返回線程的狀態(tài)。新建和死亡狀態(tài)返回false脆炎。

對于已經(jīng)運行并死亡的線程調(diào)用start()方法會引起IllegalThreadException

四梅猿、控制線程

join線程

Thread提供了讓一個線程等待另一個線程完成的方法--join方法。當(dāng)某個程序執(zhí)行流中調(diào)用其他線程的join方法時秒裕，調(diào)用線程將被阻塞袱蚓，直到被join()方法加入的join線程執(zhí)行完為止。

join()方法通常由使用線程的程序調(diào)用几蜻，以將大問題劃分成小問題，每個小問題分配一個線程。當(dāng)所有小問題處理完之后漂辐，再調(diào)用主線程進一步操作歧蕉。

public class Test extends Thread{
    //提供帶參構(gòu)造器
    public Test(String name){
        super(name);
    }
    @Override
    public void run(){
        for(int i=0;i<100;i++){
            System.out.println(getName()+"  "+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        new Test("新線程").start();
        for(int i=0;i<100;i++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--"+i);
            if(i==10){
                Test t = new Test("又一個新線程");
                t.start();
                //main線程調(diào)用t線程的join方法，main必須等到t執(zhí)行完成之后才能繼續(xù)執(zhí)行
                t.join();
            }
        }
    }
}

join方法的三種重載形式摆霉。

• join()

等待被join的線程執(zhí)行完成。

• join(long millis)

等待被join的線程的時間最長為millis毫秒
join(long millis, int nanos)

后臺線程

"Daemon Thread"，也稱為"守護線程"或者"精靈線程"蹬敲。

jvm的垃圾回收線程就是后臺線程。

如果所有的前臺線程都已經(jīng)死亡莺戒，后臺線程會自動死亡伴嗡。

調(diào)用Thread對象的setDaemon(true)方法即可。

isDaemon()方法判斷指點線程是否是后臺線程从铲。

前臺線程創(chuàng)建的子線程默認(rèn)是前臺線程瘪校，后臺線程創(chuàng)建的子線程默認(rèn)是后臺線程。

setDaemon必須在start之前調(diào)用名段。

線程睡眠

讓當(dāng)前線程進入阻塞狀態(tài)阱扬。

• static void sleep(long millis)
• static void sleep(long millis, int nanos)

線程讓步

yield()方法讓當(dāng)前線程暫停，進入就緒狀態(tài)伸辟。

該方法只是讓當(dāng)前線程暫停一下麻惶，讓系統(tǒng)的線程調(diào)度器重新調(diào)度一次。只有優(yōu)先級與當(dāng)前線程相同或者更改的處于就緒狀態(tài)的線程才會獲得執(zhí)行的機會信夫。

public class Test extends Thread{
    //提供帶參構(gòu)造器
    public Test(String name){
        super(name);
    }
    @Override
    public void run(){
        for(int i=0;i<100;i++){
            System.out.println(getName()+"  "+i);
            if (i==20){
                Thread.yield();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Test t1 = new Test("高級");
        //t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        Test t2 = new Test("低級");
        //t2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

在多CPU并行的環(huán)境下用踩，yield()方法的功能有時候并不明顯。

sleep和yield方法的區(qū)別：

1. sleep()不理會其他線程的優(yōu)先級
2. sleep()將線程轉(zhuǎn)入阻塞狀態(tài)忙迁，而yield()轉(zhuǎn)讓就緒狀態(tài)
3. sleep()方法聲明拋出了InterruptedException脐彩，yield()方法沒有聲明拋出異常。
4. sleep()方法有更好的可移植性姊扔，不建議使用yield()方法控制并發(fā)線程的執(zhí)行惠奸。

改變線程的優(yōu)先級

每個線程默認(rèn)的優(yōu)先級與創(chuàng)建它的父線程的優(yōu)先級相同。main線程具有普通優(yōu)先級恰梢。

setPriority(int newPriority),getPriority()佛南。

參數(shù)范圍為1~10.

Thread類有三個靜態(tài)常量：

• MAX_PRIORITY(10)
• MIN_PRIORITY(1)
• NORM_PRIORITY(5)

不同系統(tǒng)的優(yōu)先級不相同，不能很好的和Java的10個優(yōu)先級對應(yīng)嵌言，盡量避免直接指定優(yōu)先級的數(shù)值嗅回。

五、線程同步

同步代碼塊

Java的多線程支持引入了同步監(jiān)視器解決這個問題摧茴，使用同步監(jiān)視器的通用方法是同步代碼塊绵载。格式為：

synchronized(obj){
    //同步代碼塊
}

obj是同步監(jiān)視器。線程開始執(zhí)行同步代碼塊之前，必須先獲得對同步監(jiān)視器的鎖定娃豹。

當(dāng)同步代碼塊執(zhí)行完成后焚虱，該線程釋放同步監(jiān)視器的鎖定。

允許使用任何對象作為同步監(jiān)視器懂版。通常推薦可能被并發(fā)訪問的共享資源充當(dāng)同步監(jiān)視器鹃栽。

同步方法

synchronized修飾方法。

對于修飾的實例方法躯畴，無需顯示指定同步監(jiān)視器民鼓，同步方法的同步監(jiān)視器是this，也就是調(diào)用該方法的對象蓬抄。

通過同步方法可以方便的實現(xiàn)線程安全的類摹察，線程安全的類有如下特征：

• 該類的對象可以被多個線程安全的訪問

• 每個線程調(diào)用該對象的任意方法之后都將得到正確的結(jié)果

• 每個線程調(diào)用該對象的任意方法之后，該對象狀態(tài)依然保持合理狀態(tài)倡鲸。

• 只對會改變競爭資源的方法進行同步。

• 如果可變類有兩種運行環(huán)境：單線程環(huán)境和多線程環(huán)境黄娘，則應(yīng)該為該可變類提供兩種版本峭状。線程安全版本和線程不安全版本。

釋放同步監(jiān)視器的鎖定

程序無法顯示釋放逼争，線程會在如下幾種情況釋放對監(jiān)視器的鎖定：

• 當(dāng)前線程的同步方法优床、同步代碼塊執(zhí)行結(jié)束。
• 同步方法誓焦、同步代碼塊遇到return胆敞、break
• 出現(xiàn)error或exception
• 程序執(zhí)行了同步監(jiān)視器對象的wait()方法

如下情況，線程不會釋放同步監(jiān)視器：

• 程序調(diào)用Thread.sleep()杂伟、Thread.yield()方法
• 其他線程調(diào)用該線程的suspend()方法將該線程掛起

同步鎖

Java5開始移层。Lock對象。

Lock赫粥、ReadWriteLock是Java5提供的兩個根接口观话，分別有ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock實現(xiàn)類。

Java8新增了StampedLock類越平，在大多數(shù)場景中可以代替ReentrantReadWriteLock频蛔。

ReentrantReadWriteLock為讀寫操作提供了三種鎖模式：Writing、ReadingOptimistic秦叛、Reading晦溪。

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

class Test{
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    public void m(){
        //加鎖
        lock.lock();
        try{
            //代碼塊
        }
        finally{
            lock.unlock();
        }
    }
}

lock提供了同步方法和同步代碼塊沒有的其他功能。包括用于非塊結(jié)構(gòu)的tryLock()方法挣跋，試圖獲取可中斷鎖的lockInterruptibly()方法三圆，還有獲取超時失效鎖的try(long, TimeUnit)方法。

死鎖

Thread類的suspend方法很容易造成死鎖，Java不再推薦使用該方法嫌术。

六哀澈、線程通信

傳統(tǒng)的線程通信

wait()、notify()度气、notifyAll()

• 對于使用synchronized修飾的方法割按，該類的默認(rèn)實例(this)就是同步監(jiān)視器，可以在同步方法中直接調(diào)用這三個方法磷籍。
• 對于使用synchronized修飾的同步代碼塊适荣，同步監(jiān)視器是synchronized后括號里的對象。必須使用該對象調(diào)用這三個方法院领。

使用condition控制線程通信

Lock對線保證同步時弛矛，可以使用Condition類來保持協(xié)調(diào)。

Condition實例被綁定在一個Lock對象上比然。要獲得特定Lock實例的Condition實例丈氓，調(diào)用Lock對象的newCondition()方法即可。

Condition類提供了如下三個方法：

• await()
• signal()
• signalAll()

使用阻塞隊列(BlockingQueue)控制線程通信

Queue的子接口强法，主要用途作為線程同步的工具万俗。BlockingQueue具有一個特征：當(dāng)生產(chǎn)者線程試圖向BlockingQueue中放入元素時，如果該隊列已滿饮怯，則該線程被阻塞闰歪；當(dāng)消費者從中取出元素時，如果該隊列已空蓖墅，則該線程被阻塞库倘。

提供的支持阻塞的方法：

• put(E e)
• take()

隊列的方法：

• 在隊列尾部放入元素：add(E e)、offer(E e)论矾、put(E e)教翩，隊列已滿，這三個方法分別會拋出異常贪壳、返回false迂曲、阻塞隊列
• 在頭部刪除并返回刪除的元素，remove()寥袭、poll()路捧、take()，隊列已空传黄，這三個方法分別會拋出異常杰扫、返回false、阻塞隊列
• 頭部取出但不刪除元素膘掰，element()章姓、peek()佳遣，隊列已空，這兩個方法會拋出異常凡伊、返回false

BlockingQueue及其實現(xiàn)類

七、線程池

Java8改進的線程池

Java5開始內(nèi)建支持線程池系忙，新增Executors工廠類產(chǎn)生線程池诵盼，靜態(tài)方法：

1. newCachedThreadPool()

創(chuàng)建一個具有緩存功能的線程池

2. newFIxedThreadPoll(int nThreads)

創(chuàng)建一個可重用的、固定線程數(shù)量的線程池

3. newSingleThreadExecutor()

創(chuàng)建一個只有單線程的線程池

4. newScheduledThreadPoll(int corePoolSize)

指定延遲后執(zhí)行線程任務(wù)

5. newSingleThreadScheduledExecutor()

指定延遲

6. ExecutorService newWorkStealingPool(int parallelism)

創(chuàng)建持有足夠線程的線程池來支持給定的并行級別银还，該方法還會使用多個隊列來減少競爭风宁。

7. ExecutorService newWorkStealingPool()

相當(dāng)于前一個方法的簡化版，如果有4個cpu蛹疯，相當(dāng)于參數(shù)為4

Java8新增的ForkJoinPoll方法

八戒财、線程相關(guān)類

ThreadLocal

提供了三個public方法：

• T get()
• void remove()
• void set(T value)

它將需要并發(fā)訪問的資源復(fù)制多份，每個線程擁有一個資源捺弦，每個線程都擁有自己的資源副本饮寞。

不能代替同步機制。同步機制是為了同步多個線程對相同資源的并發(fā)訪問列吼，是多個線程之間對共享資源的競爭幽崩；而ThreadLocal是為了隔離多個線程的數(shù)據(jù)共享，從根本上避免多個線程之間對共享資源的競爭冈欢，不需要對多個線程同步。

通常建議：多個線程需要共享資源盈简，以達到線程的通信功能凑耻，使用同步機制；僅僅需要隔離多個線程之間的共享沖突柠贤，使用ThreadLocal

包裝線程不安全的類

Colletions提供的類方法：

• static <T> Collection<T> synchronizedCollection(Collection<T> c)
• static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list)
• static <K,V> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> map)
• static <T> Set<T> synchronizedSet(Set<T> s)
• static <K,V> SortedMap<K,V> synchronizedSortedMap(SortedMap<K,V> m)
• static <T> SortedSet<T> synchronizedSortedSet(SortedSet<T> m)

線程安全的集合類

java.util.concurrent包下面提供了大量支持高效并發(fā)訪問的集合接口和實現(xiàn)類香浩。