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出自：shusheng007

前言

這個(gè)話題一般比較大较店，如果往深了研究學(xué)問(wèn)可大了伦糯，不僅涉及到操作系統(tǒng)知識(shí)還會(huì)涉及計(jì)算機(jī)硬件的知識(shí)概疆，本文將著眼于應(yīng)用層面行文。有的同學(xué)要說(shuō)了：“講那么多干什么板惑，還不是因?yàn)樽约翰恕保抑荒苷f(shuō)：“被你看穿了枫攀，呵呵”。

概述

追求工作效率是人類社會(huì)能夠迅速向前發(fā)展的動(dòng)力株茶，例如老王公司的軟件部門(mén)有大把資金大把項(xiàng)目来涨，但是只有一個(gè)碼農(nóng)小明，而小明計(jì)劃一個(gè)一個(gè)的把項(xiàng)目做完启盛。老王就急了蹦掐，我這分分鐘幾百萬(wàn)的生意，你這做到猴年馬月呢僵闯，于是就又雇了一批碼農(nóng)卧抗，將各個(gè)項(xiàng)目同時(shí)啟動(dòng)。那么我們可以把每一個(gè)碼農(nóng)看成一個(gè)線程（Thread）鳖粟，這樣就形成了多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行了（其實(shí)這個(gè)例子已經(jīng)是并行執(zhí)行了）社裆。

那么由人設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)也不例外，它也會(huì)想盡一切辦法提高任務(wù)執(zhí)行效率的向图，于是乎多線程應(yīng)用而生浦马。

進(jìn)程與線程

面過(guò)試的都知道，至于標(biāo)準(zhǔn)答案大家可以網(wǎng)上搜索一下张漂。你只要知道進(jìn)程面向操作系統(tǒng)晶默，線程面向進(jìn)程。進(jìn)程是操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的手段航攒，多個(gè)進(jìn)程會(huì)互相隔離，擁有自己獨(dú)立的地址空間與資源漠畜。而線程存在于進(jìn)程中，隔離不是很?chē)?yán)重憔狞，可以共享同一個(gè)進(jìn)程中的內(nèi)存數(shù)據(jù)。

多線程的作用

• 可以充分利用多CPU的硬件資源瘾敢，提高任務(wù)執(zhí)行效率。
• 可以執(zhí)行后臺(tái)任務(wù)簇抵，當(dāng)使用瀏覽器下載一部小電影的同時(shí)，你可以去瀏覽下性感美女的圖片碟摆。
• 提高GUI程序的用戶體驗(yàn)，你也不希望在手機(jī)上點(diǎn)擊了一個(gè)下載按鈕后典蜕，App就卡死在那里了罗洗。
• 等等...

Java中如何使用多線程

Java 對(duì)多線程的支持非常完善，Java使用Thread類來(lái)表示線程伙菜，下面的使用均與此類相關(guān)。

繼承Thread類創(chuàng)建線程

繼承Thread類厢洞，重寫(xiě)其run()方法即可仇让。啟動(dòng)此線程時(shí)典奉，只需要new MyThread().start();即可躺翻。

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        super.run();
        System.out.println("線程名稱："+getName());
    }
}

使用Runnable創(chuàng)建線程

從源碼可知Thread存在這樣一個(gè)構(gòu)造函數(shù) public Thread(Runnable target) ，因而我們可以使用實(shí)現(xiàn)Runnable接口的方式創(chuàng)建線程卫玖。

new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("線程名稱："+Thread.currentThread().getName());
    }
}).start();

由于Runnable接口是一個(gè)函數(shù)接口公你，所以我們可以使用Lambda表達(dá)式來(lái)實(shí)現(xiàn)，如下所示：

new Thread(() -> System.out.println("線程名稱："+Thread.currentThread().getName())).start();

通過(guò)這種方式多個(gè)線程可以共享線程執(zhí)行體假瞬，但是線程執(zhí)行結(jié)果無(wú)法獲得陕靠，run()方法沒(méi)有返回值。

使用Callable和Future創(chuàng)建線程

通過(guò)這種方式創(chuàng)建的線程可以有返回值脱茉，此處使用Callable 作為線程的執(zhí)行體剪芥，其包含一個(gè)擁有返回值的方法call()：

@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception;
}

上面提到，Thread的構(gòu)造方法需要一個(gè)Runnable類型的參數(shù)琴许，所以不可以直接使用Callable來(lái)創(chuàng)建線程税肪。Java提供了一個(gè)叫Futurer的接口來(lái)表示Callbale接口中call()方法的返回值。還為其提供了一個(gè)實(shí)現(xiàn)類FutureTask榜田，此類實(shí)現(xiàn)了Future與Runnable接口益兄，這樣FutureTask類就可以作為參數(shù)構(gòu)建線程了。

talk is cheap 箭券，show me the code.

  private static void startThread()
  {
      //第一步：創(chuàng)建callable實(shí)現(xiàn)類
      Callable<String> c=new Callable<String>() {
          @Override
          public String call() throws Exception {
              //經(jīng)過(guò)大量耗時(shí)運(yùn)算得出結(jié)論
              return "總有刁民想害朕";
          }
      };
      //第二步：以c作為參數(shù)創(chuàng)建FutureTask實(shí)例ft
      FutureTask<String>ft=new FutureTask<String>(c);
      //第三步：以ft為參數(shù)啟動(dòng)線程
      new Thread(ft).start();
      //第四步：獲取執(zhí)行結(jié)果净捅，get()方法是一個(gè)阻塞方法。
      try {
          System.out.println("錦衣衛(wèi)調(diào)查謀反結(jié)論："+ft.get());
      } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
      } catch (ExecutionException e) {
          e.printStackTrace();
      }
  }

輸出結(jié)果：錦衣衛(wèi)調(diào)查謀反結(jié)論：總有刁民想害朕

如何使用在代碼注釋中已經(jīng)寫(xiě)的非常清楚了辩块，如果你仍然看不懂蛔六，說(shuō)明你目前水平太差，不適合看這篇文章废亭！

線程的同步

談到多線程古今，首先繞不過(guò)的話題就是線程同步。因?yàn)槎嗑€程會(huì)對(duì)共享資源狀態(tài)產(chǎn)生競(jìng)態(tài)條件（Race condition）滔以，競(jìng)態(tài)條件是指輸出依賴不可控事件發(fā)生的順序或者時(shí)間的行為捉腥，當(dāng)這些不可控事件沒(méi)有按照預(yù)期發(fā)生時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生bug你画。對(duì)應(yīng)到編程中就是指多個(gè)線程如果沒(méi)有按照預(yù)期的順序或者時(shí)間來(lái)操作共享狀態(tài)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生bug抵碟。

假設(shè)我們現(xiàn)在使用兩個(gè)線程Thread1和Thread2來(lái)并發(fā)使一個(gè)整數(shù)自增桃漾，我們期望是兩個(gè)線程按照如下的順序執(zhí)行得到正確值2：

1.jpg

而實(shí)際情況是兩個(gè)沒(méi)有加鎖或者同步的線程來(lái)并發(fā)做這件事情的話，很有可能執(zhí)行順序如下圖所示：

2.jpg

很明顯撬统，第二種情況得到了錯(cuò)誤的結(jié)果1敦迄，這種情況之所以發(fā)生就是因?yàn)檎麛?shù)自增操作不是排他（Mutual exclusivity容）的罚屋，在發(fā)生競(jìng)態(tài)條件時(shí)出了錯(cuò)誤。解決上述問(wèn)題就需要線程的同步技術(shù)撕彤。

使用synchronized關(guān)鍵字

同步代碼塊

我們可以使用同步代碼塊將需要同步的資源操作保護(hù)起來(lái)羹铅，如下代碼所示职员。其中obj稱作同步監(jiān)視器跛溉，通常推薦使用可能被并發(fā)訪問(wèn)的共享資源充當(dāng)。

   synchronized (obj)
   {
       ...
   }

同步方法

我們也可以使用同步方法將需要同步的操作置于此方法中蛛蒙，如下代碼所示牵祟。此實(shí)例方法的同步監(jiān)視器就是調(diào)用此方法的實(shí)例對(duì)象this诺苹。如果是靜態(tài)同步方法雹拄，那么同步監(jiān)視器就是類本身滓玖。

    private synchronized void synMethod()
    {
        ...
    }

使用同步鎖（Lock）

Java5提供了另一種同步代碼的方式，鎖（Lock）.我們?cè)趯W(xué)習(xí)編程的過(guò)程中翩肌，只要發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題以前已經(jīng)有一套解決方案念祭，突然在新版本中又提供了另一套解決方案，那么我們立刻可以肯定：在實(shí)際開(kāi)發(fā)中第一套解決方案對(duì)于解決某些特殊場(chǎng)景下的問(wèn)題時(shí)遇到了困難隶糕，才引入第二套解決方案枚驻，第二套解決方案大部分情況下不是用來(lái)完全替換第一套解決方案的测秸，而是其補(bǔ)充和增強(qiáng)灾常。像Lock就是synchronized 的補(bǔ)充和增強(qiáng)铃拇，在日常大部分的開(kāi)發(fā)場(chǎng)景下synchronized 已經(jīng)足夠了慷荔，Lock在特殊場(chǎng)景下才會(huì)使用。

synchronized其實(shí)獲取的是每個(gè)object都有的隱式監(jiān)視器鎖（implicit monitor lock ）贷岸，其要求程序獲取和釋放鎖的操作都限定在一個(gè)塊結(jié)構(gòu)里偿警，就是說(shuō)其獲取鎖和釋放鎖這兩個(gè)操作不是很靈活螟蒸，當(dāng)遇到需要這兩個(gè)操作不在同一個(gè)塊結(jié)構(gòu)的場(chǎng)景就無(wú)法適應(yīng)了崩掘。這是引入Lock的主要原因苞慢，當(dāng)然Lock 比synchronized的功能更加豐富,例如使用tryLock()方法嘗試獲取鎖，如果當(dāng)前鎖沒(méi)有釋放绍赛，則返回false.例如lockInterruptibly()方法嘗試獲取鎖惹资，但是如果當(dāng)前鎖沒(méi)有釋放，其轉(zhuǎn)入阻塞狀態(tài)猴誊，剛好此時(shí)別的線程中斷了此線程懈叹，則會(huì)拋出異常分扎，不再嘗試獲取鎖畏吓。

下面是官方舉出的一個(gè)需要使用lock的場(chǎng)景：

For example, some algorithms for traversing concurrently accessed data structures require the use of * "hand-over-hand" or "chain locking": you acquire the lock of node A, then node B, then release A and acquire
C, then release B and acquire D and so on. Implementations of the {@code Lock} interface enable the use of such techniques by allowing a lock to be acquired and released in different scopes, and allowing multiple locks to be acquired and released in any order.

鎖有很多實(shí)現(xiàn)類菲饼，我們這里主要關(guān)注一個(gè)ReentrantLock的實(shí)現(xiàn)類，使用代碼如下

   private final ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
   private void m()
   {
       lock.lock();
       try {
           ...
           
       }catch (Exception e)
       {
           e.printStackTrace();
       }finally {
           lock.unlock();
       }
   }

線程的生命周期

線程的生命周期共有5個(gè)狀態(tài)：新建（New）镐确、就緒（Runnable）源葫、運(yùn)行（Running）息堂、阻塞（Blocked）和死亡（Dead）芭届，他們的關(guān)系可以看下面的一張圖。
[圖片上傳失敗...(image-ccc912-1530440208607)]

具體解釋如下：

1. 新建狀態(tài)(New): 線程對(duì)象被創(chuàng)建后持隧，就進(jìn)入了新建狀態(tài)逃片。
2. 就緒狀態(tài)(Runnable): 也被稱為“可執(zhí)行狀態(tài)”。線程對(duì)象被創(chuàng)建后調(diào)用start()方法啟動(dòng)線程后其處于就緒狀態(tài)呀狼，隨時(shí)可能被CPU調(diào)度執(zhí)行。
3. 運(yùn)行狀態(tài)(Running) : 線程獲取CPU權(quán)限進(jìn)行執(zhí)行绝编。需要注意的是十饥，線程只能從就緒狀態(tài)進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)。
4. 阻塞狀態(tài)(Blocked) : 阻塞狀態(tài)是線程因?yàn)槟撤N原因放棄CPU使用權(quán)逗堵，暫時(shí)停止運(yùn)行蜒秤，直到線程進(jìn)入就緒狀態(tài)亚斋，才有機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)到運(yùn)行狀態(tài)。阻塞的情況分三種：
   (1) 等待阻塞 -- 通過(guò)調(diào)用線程的wait()方法伞访，讓線程等待某工作的完成轰驳。
   (2) 同步阻塞 -- 線程在獲取synchronized同步鎖失敗(因?yàn)殒i被其它線程所占用)级解，它會(huì)進(jìn)入同步阻塞狀態(tài)。
   (3) 其他阻塞 -- 通過(guò)調(diào)用線程的sleep()或join()或發(fā)出了I/O請(qǐng)求時(shí)抡爹，線程會(huì)進(jìn)入到阻塞狀態(tài)芒划。當(dāng)sleep()狀態(tài)超時(shí)民逼、join()等 待線程終止或者超時(shí)、或者I/O處理完畢時(shí)笑诅，線程重新轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)。
5. 死亡狀態(tài)(Dead) : 線程執(zhí)行完了或者因異常退出了run()方法弦叶，該線程結(jié)束生命周期伤哺。
   具體可以參考此博文

線程的控制

既然程序中存在多個(gè)線程者祖，那么我們就需要對(duì)多個(gè)線程執(zhí)行一些控制。

線程等待（Join）

Thread中提供了一個(gè)join()方法桃序，例如有兩個(gè)線程A和B媒熊，在A的執(zhí)行過(guò)程中調(diào)用了B的join()方法芦鳍，那么A線程就會(huì)被阻塞柠衅，直到B線程執(zhí)行完畢菲宴。

線程睡眠（sleep）

這個(gè)大家一定不陌生喝峦，Thread.sleep(3*1000)使線程從運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入阻塞狀態(tài)3秒，此期間線程就不會(huì)被CPU調(diào)度執(zhí)行眉踱。

線程讓步（yield）

當(dāng)我們想讓線程調(diào)度器立刻做一次新的線程調(diào)度時(shí)霜威，可以調(diào)用當(dāng)前執(zhí)行線程的yield()方法叁执，此方法會(huì)使調(diào)用線程立刻進(jìn)入就緒狀態(tài)谈宛，線程調(diào)度器開(kāi)始一次新的線程調(diào)度吆录。此時(shí)線程優(yōu)先級(jí)就起作用了恢筝，線程調(diào)度器可定是先調(diào)度優(yōu)先級(jí)高的線程執(zhí)行撬槽。

例如有A和B兩個(gè)線程侄柔，A的線程優(yōu)先級(jí)小于等于B線程暂题，那么當(dāng)調(diào)用A.yield()后薪者，B線程就會(huì)被調(diào)度執(zhí)行。如果A線程的優(yōu)先級(jí)大于B線程攻人，那么即使調(diào)用A.yield()后贝椿，B線程也得不到執(zhí)行，線程調(diào)度器仍然會(huì)再次調(diào)度線程A來(lái)執(zhí)行瑟蜈。

后臺(tái)線程

Java中有一類線程叫后臺(tái)線程（Daemon Thread），也叫守護(hù)線程宪躯，使用setDaemon（boolean b）設(shè)置一個(gè)線程是否為后臺(tái)線程访雪。這類線程有一個(gè)特點(diǎn)，就是當(dāng)所有前臺(tái)線程都死亡后坝橡，后臺(tái)線程自動(dòng)死亡精置。

線程的通信

未完待續(xù)

線程池

參考Java8 并發(fā)教程之Thread與Executors

總結(jié)

未完待續(xù)