JAVA多線程筆記

線程的基本概念
進(jìn)程：每個(gè)進(jìn)程都有獨(dú)立的代碼和數(shù)據(jù)空間（進(jìn)程上下文）蹋嵌，進(jìn)程間的切換會(huì)有較大的開銷暇屋，一個(gè)進(jìn)程包含1–n個(gè)線程加匈。（進(jìn)程是資源分配的最小單位）
線程：同一類線程共享代碼和數(shù)據(jù)空間炫隶，每個(gè)線程有獨(dú)立的運(yùn)行棧和程序計(jì)數(shù)器(PC)序愚，線程切換開銷小。（線程是cpu調(diào)度的最小單位）

線程的狀態(tài)
線程和進(jìn)程一樣分為五個(gè)階段：創(chuàng)建等限、就緒、運(yùn)行芬膝、阻塞望门、終止。

1. 新建狀態(tài)（New）：新創(chuàng)建了一個(gè)線程對(duì)象锰霜。
2. 就緒狀態(tài)（Runnable）：線程對(duì)象創(chuàng)建后筹误，其他線程調(diào)用了該對(duì)象的start()方法。該狀態(tài)的線程位于可運(yùn)行線程池中癣缅，變得可運(yùn)行厨剪，等待獲取CPU的使用權(quán)。
3. 運(yùn)行狀態(tài)（Running）：就緒狀態(tài)的線程獲取了CPU友存，執(zhí)行程序代碼祷膳。
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)，暫時(shí)停止運(yùn)行屡立。直到線程進(jìn)入就緒狀態(tài)直晨，才有機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)到運(yùn)行狀態(tài)。阻塞的情況分三種：
   （一）膨俐、等待阻塞：運(yùn)行的線程執(zhí)行wait()方法勇皇，JVM會(huì)把該線程放入等待池中。(wait會(huì)釋放持有的鎖)
   （二）焚刺、同步阻塞：運(yùn)行的線程在獲取對(duì)象的同步鎖時(shí)敛摘，若該同步鎖被別的線程占用，則JVM會(huì)把該線程放入鎖池中乳愉。
   （三）兄淫、其他阻塞：運(yùn)行的線程執(zhí)行sleep()或join()方法，或者發(fā)出了I/O請(qǐng)求時(shí)蔓姚，JVM會(huì)把該線程置為阻塞狀態(tài)拖叙。當(dāng)sleep()狀態(tài)超時(shí)、join()等待線程終止或者超時(shí)赂乐、或者I/O處理完畢時(shí)薯鳍，線程重新轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)。（注意,sleep是不會(huì)釋放持有的鎖）
5. 結(jié)束狀態(tài)（Dead）：線程執(zhí)行完了或者因異常退出了run()方法，該線程結(jié)束生命周期挖滤。

Java中多線程的實(shí)現(xiàn)

在java中要想實(shí)現(xiàn)多線程崩溪，有兩種手段，一種是繼承Thread類斩松，另外一種是實(shí)現(xiàn)接口.(Runable接口和Callable接口伶唯，并與Future、線程池結(jié)合使用）惧盹。在Java中乳幸，推薦使用線程池方式實(shí)現(xiàn)多線程。

繼承Thread實(shí)現(xiàn)

以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子

class MyThread extends Thread {    
    @Override    
    public void run() {       
        //TO DO sth.    
    }
}

開啟線程钧椰，調(diào)用線程對(duì)象的start方法即可粹断，注意不是調(diào)用run方法，調(diào)用run方法也行嫡霞，但是就不是新開線程的方式運(yùn)行了瓶埋，而是普通的方法調(diào)用。真正是調(diào)用start() 方法诊沪。

public static void main(String[] args) 
{    
    new MyThread().start();
}

實(shí)現(xiàn)java.lang.Runnable接口

先說一下java.lang.Runnable吧养筒，它是一個(gè)接口，在它里面只聲明了一個(gè)run()方法：

public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

采用Runnable也是非常常見的一種端姚，我們只需要重寫run方法即可晕粪。下面也來看個(gè)實(shí)例。

class MyThread implements Runnable {    
    @Override    
    public void run() {       
        //TO DO sth.    
    }
}

在啟動(dòng)的多線程的時(shí)候渐裸，需要先通過Thread類的構(gòu)造方法Thread(Runnable target) 構(gòu)造出對(duì)象兵多，然后調(diào)用Thread對(duì)象的start()方法來運(yùn)行多線程代碼。

public static void main(String[] args) {    
    new Thread(new MyThread()).start();
}

實(shí)現(xiàn)java.util.concurrent.Callable接口

Callable位于java.util.concurrent包下橄仆，它也是一個(gè)接口剩膘，在它里面也只聲明了一個(gè)方法，只不過這個(gè)方法叫做call()：

public interface Callable<V> {
    /**
     * Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
     *
     * @return computed result
     * @throws Exception if unable to compute a result
     */
    V call() throws Exception;
}

那么怎么使用Callable呢盆顾？一般情況下是配合ExecutorService來使用的怠褐，也可以結(jié)合Thread使用。由于需要返回和取消您宪，因此還需要一個(gè)參數(shù)來傳遞狀態(tài)奈懒。

Future
Future就是對(duì)于具體的Runnable或者Callable任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行取消、查詢是否完成宪巨、獲取結(jié)果磷杏。必要時(shí)可以通過get方法獲取執(zhí)行結(jié)果，該方法會(huì)阻塞直到任務(wù)返回結(jié)果捏卓。

Future類位于java.util.concurrent包下极祸，它是一個(gè)接口：

public interface Future<V> {
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
    boolean isCancelled();
    boolean isDone();
    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
    V get(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

因?yàn)镕uture只是一個(gè)接口，所以是無(wú)法直接用來創(chuàng)建對(duì)象使用的，因此就有了下面的FutureTask遥金。

FutureTask

FutureTask實(shí)現(xiàn)了RunnableFuture接口浴捆，我們先來看一下FutureTask的實(shí)現(xiàn)：

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V>

而RunnableFuture又實(shí)現(xiàn)了Runnable, Future接口

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
    void run();
}

出RunnableFuture繼承了Runnable接口和Future接口，而FutureTask實(shí)現(xiàn)了RunnableFuture接口稿械。所以它既可以作為Runnable被線程執(zhí)行选泻，又可以作為Future得到Callable的返回值。

所以實(shí)現(xiàn)方式

class MyThread implements Callable {    
    @Override    
    public Object call() throws Exception {         System.out.println(Thread.currentThread().getName());        
    return 1;    
    }
}

調(diào)用可以方式1：使用線程池

public void testCallable1() throws ExecutionException, InterruptedException {    
    ExecutorService pool =  Executors.newSingleThreadExecutor();    
    MyThread task = new MyThread();    
    FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(task);
    pool.submit(futureTask);    
    System.out.println(futureTask.get());
}

調(diào)用方式2：使用線程對(duì)象

MyThread task = new MyThread();   
 FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(task);
 Thread thread = new Thread(futureTask).start();
 System.out.println(futureTask.get());

實(shí)現(xiàn)線程方式的比較

實(shí)現(xiàn)Runnable接口比繼承Thread類所具有的優(yōu)勢(shì)：

1. 適合多個(gè)相同的程序代碼的線程去處理同一個(gè)資源

2. 可以避免java中的單繼承的限制

3. 增加程序的健壯性美莫，代碼可以被多個(gè)線程共享页眯，代碼和數(shù)據(jù)獨(dú)立

4. 線程池只能放入實(shí)現(xiàn)Runable或callable類線程，不能直接放入繼承Thread的類

線程同步

synchronized關(guān)鍵字

synchronized關(guān)鍵字的作用域有三種：

1. 在實(shí)例方法前面加上synchronized關(guān)鍵字厢呵，synchronized aMethod(){}可以防止多個(gè)線程同時(shí)訪問這個(gè)對(duì)象的synchronized方法窝撵。

2. 在類方法前面加上synchronized關(guān)鍵字，synchronized static bMethod(){}可以防止多個(gè)線程同時(shí)訪問這個(gè)synchronized方法述吸。

3. synchronized關(guān)鍵字還可以用于方法中的某個(gè)區(qū)塊中，表示只對(duì)這個(gè)區(qū)塊的資源實(shí)行互斥訪問锣笨。

值得注意的是蝌矛，synchronized關(guān)鍵字是不能繼承的，也就是說错英，基類的方法synchronized f(){} 在繼承類中并不自動(dòng)是synchronized f(){}入撒，而是變成了f(){}。繼承類需要你顯式的指定它的某個(gè)方法為synchronized方法椭岩。

并發(fā)包的lock工具

在JavaSE5.0中新增了一個(gè)java.util.concurrent包來支持同步茅逮。

ReentrantLock

ReentrantLock類是可重入、互斥判哥、實(shí)現(xiàn)了Lock接口的鎖献雅， 它與使用synchronized方法和快具有相同的基本行為和語(yǔ)義，并且擴(kuò)展了其能力

ReenreantLock類的常用方法有：
ReentrantLock() : 創(chuàng)建一個(gè)ReentrantLock實(shí)例

lock() : 獲得鎖

unlock() : 釋放鎖

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
int syncNum = 1;
try {    
     syncNum++ ;
} finally {    
     lock.unlock();
}

注：ReentrantLock()還有一個(gè)可以創(chuàng)建公平鎖的構(gòu)造方法塌计，但由于會(huì)大幅度降低程序運(yùn)行效率挺身，不推薦使用 。

其他的一些方法實(shí)現(xiàn)同步
(1)原子變量實(shí)現(xiàn)線程同步

在java的util.concurrent.atomic包中提供了創(chuàng)建了原子類型變量的工具類锌仅，使用該類可以簡(jiǎn)化線程同步章钾。

(2)使用volatile關(guān)鍵字

(3)使用ThreadLocal避免并發(fā)問題

(4)util.concurrent下實(shí)現(xiàn)了很多線程安全的集合類，可以使用

同步可能產(chǎn)生的問題
線程僵死

如果一個(gè)線程等待一個(gè)永遠(yuǎn)不會(huì)釋放的鎖热芹，那么線程就會(huì)一直無(wú)法運(yùn)行贱傀。

死鎖

只要您擁有多個(gè)進(jìn)程或者線程，而且它們要爭(zhēng)用對(duì)多個(gè)鎖的獨(dú)占訪問伊脓，那么就有可能發(fā)生死鎖府寒。如果有一組進(jìn)程或線程，其中每個(gè)都在等待一個(gè)只有其它進(jìn)程或線程才可以執(zhí)行的操作，那么就稱它們被死鎖了椰棘。

性能問題

同步由于需要獲得鎖才能運(yùn)行纺棺，如果多個(gè)線程競(jìng)爭(zhēng)，那么就會(huì)導(dǎo)致性能下降邪狞。但是需要保證線程同步的正確性祷蝌，再進(jìn)行鎖的優(yōu)化。

線程相關(guān)的方法

1. sleep(long millis): 在指定的毫秒數(shù)內(nèi)讓當(dāng)前正在執(zhí)行的線程休眠（暫停執(zhí)行）

2. join():指等待t線程終止帆卓。

join是Thread類的一個(gè)方法巨朦，啟動(dòng)線程后直接調(diào)用，即join()的作用是：“等待該線程終止”剑令，這里需要理解的就是該線程是指的主線程等待子線程的終止糊啡。也就是在子線程調(diào)用了join()方法后面的代碼，只有等到子線程結(jié)束了才能執(zhí)行吁津。

3. yield():暫停當(dāng)前正在執(zhí)行的線程對(duì)象棚蓄，并執(zhí)行其他線程。

Thread.yield()方法作用是：暫停當(dāng)前正在執(zhí)行的線程對(duì)象碍脏，并執(zhí)行其他線程梭依。
yield()應(yīng)該做的是讓當(dāng)前運(yùn)行線程回到可運(yùn)行狀態(tài)，以允許具有相同優(yōu)先級(jí)的其他線程獲得運(yùn)行機(jī)會(huì)典尾。因此役拴，使用yield()的目的是讓相同優(yōu)先級(jí)的線程之間能適當(dāng)?shù)妮嗈D(zhuǎn)執(zhí)行。但是钾埂，實(shí)際中無(wú)法保證yield()達(dá)到讓步目的河闰，因?yàn)樽尣降木€程還有可能被線程調(diào)度程序再次選中。

4. setPriority(): 更改線程的優(yōu)先級(jí)褥紫。

線程優(yōu)先級(jí)最大是10姜性，最小是1，默認(rèn)是5髓考。
MIN_PRIORITY = 1
NORM_PRIORITY = 5
MAX_PRIORITY = 10

5. interrupt():讓出入阻塞的線程拋出一個(gè)中斷信號(hào)
   不要以為它是中斷某個(gè)線程污抬！它只是線線程發(fā)送一個(gè)中斷信號(hào)，讓線程在無(wú)限等待時(shí)（如死鎖時(shí)）能拋出绳军，從而結(jié)束線程印机，但是如果你try了這個(gè)異常，那么這個(gè)線程還是不會(huì)中斷的门驾！
   注意如果線程沒有阻塞射赛，那么是不會(huì)拋出InterruptedException的。

6. setDaemon()：指明某個(gè)線程是守護(hù)程序線程

守護(hù)程序線程作為在程序中創(chuàng)建的后臺(tái)線程奶是，如果程序中所有的非守護(hù)線程執(zhí)行完成楣责，那么程序就會(huì)推出竣灌。例如垃圾回收的線程等也是后臺(tái)線程。

7. Obj.wait()秆麸，與Obj.notify()

Obj.wait()初嘹，與Obj.notify()必須要與synchronized(Obj)一起使用，也就是wait,與notify是針對(duì)已經(jīng)獲取了Obj鎖進(jìn)行操作沮趣。
從語(yǔ)法角度來說就是Obj.wait(),Obj.notify必須在synchronized(Obj){…}語(yǔ)句塊內(nèi)屯烦。從功能上來說wait就是說線程在獲取對(duì)象鎖后，主動(dòng)釋放對(duì)象鎖房铭，同時(shí)本線程休眠驻龟。直到有其它線程調(diào)用對(duì)象的notify()喚醒該線程，才能繼續(xù)獲取對(duì)象鎖缸匪，并繼續(xù)執(zhí)行翁狐。

wait和sleep區(qū)別

共同點(diǎn)：

1. 他們都是在多線程的環(huán)境下，都可以在程序的調(diào)用處阻塞指定的毫秒數(shù)凌蔬，并返回露懒。
2. wait()和sleep()都可以通過interrupt()方法 打斷線程的暫停狀態(tài) ，從而使線程立刻拋出InterruptedException砂心。
   如果線程A希望立即結(jié)束線程B懈词，則可以對(duì)線程B對(duì)應(yīng)的Thread實(shí)例調(diào)用interrupt方法。如果此刻線程B正在wait/sleep /join计贰，則線程B會(huì)立刻拋出InterruptedException钦睡，在catch() {} 中直接return即可安全地結(jié)束線程蒂窒。
   需要注意的是躁倒，InterruptedException是線程自己從內(nèi)部拋出的，并不是interrupt()方法拋出的洒琢。對(duì)某一線程調(diào)用 interrupt()時(shí)秧秉，如果該線程正在執(zhí)行普通的代碼，那么該線程根本就不會(huì)拋出InterruptedException衰抑。但是象迎，一旦該線程進(jìn)入到 wait()/sleep()/join()后，就會(huì)立刻拋出InterruptedException 呛踊。

不同點(diǎn)：

1. Thread類的方法：sleep(),yield()等
   Object的方法：wait()和notify()等
2. 每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)鎖來控制同步訪問砾淌。Synchronized關(guān)鍵字可以和對(duì)象的鎖交互，來實(shí)現(xiàn)線程的同步谭网。
   sleep方法沒有釋放鎖汪厨，而wait方法釋放了鎖，使得其他線程可以使用同步控制塊或者方法愉择。
3. wait劫乱，notify和notifyAll只能在同步控制方法或者同步控制塊里面使用织中，而sleep可以在任何地方使用