寫在之前
以下是《瘋狂Java講義》中的一些知識趣效，如有錯誤，煩請指正猪贪。
概述
** 進程特征**
- 獨立性：進程是系統(tǒng)中獨立存在的實體跷敬，它可以擁有自己獨立的資源，每一個進程都擁有自己私有的地址空間热押。在沒有經(jīng)過進程本身允許的情況下西傀，一個用戶進程不可以直接訪問其他進程的地址空間。
- 動態(tài)性：進程與程序的區(qū)別在于：程序只是一個靜態(tài)的指令集合桶癣，而進程是一個正在系統(tǒng)中活動的指令集合拥褂。在進程中加入了時間的概念。進程具有自己的生命周期和各種不同的狀態(tài)牙寞，這些概念在程序中都是不具備的饺鹃。
- 并發(fā)性：多個進程可以在單個處理器上并發(fā)執(zhí)行，多個進程之間不會互相影響碎税。
并發(fā)與并行
并行指在同一時刻尤慰，有多條指令在多個處理器上同時執(zhí)行馏锡；并發(fā)指在同一時刻只能有一條指令執(zhí)行雷蹂，但多個進程指令被快速輪換執(zhí)行，使得宏觀上有多個進程同時執(zhí)行的效果杯道。
多線程編程的優(yōu)勢
- 進程間不能共享內(nèi)存匪煌，但線程之間共享內(nèi)存非常容易。
- 系統(tǒng)創(chuàng)建進程需要為該進程重新分配系統(tǒng)資源党巾，但創(chuàng)建線程則代價小得多萎庭，因此使用多線程來實現(xiàn)多任務(wù)并發(fā)比多進程的效率高。
- Java語言內(nèi)置的多線程功能支持齿拂，而不是單純地作為底層操作系統(tǒng)的調(diào)度方式驳规，從而簡化了Java的多線程編程
創(chuàng)建線程
**a. 繼承Thread類創(chuàng)建線程類 **
- 定義Thread類的子類，并重寫該類的run方法署海，該run方法的方法體就是代表了線程需要完成的任務(wù)吗购。因此，我們經(jīng)常把run方法稱為線程執(zhí)行體砸狞。
- 創(chuàng)建Thread子類的實例捻勉，即創(chuàng)建了線程對象。
- 調(diào)用線程對象的start方法來啟動該線程刀森。
public class FirstThread extends Thread
{
private int i ;
// 重寫run方法踱启，run方法的方法體就是線程執(zhí)行體
public void run()
{
for ( ; i < 100 ; i++ )
{
// 當(dāng)線程類繼承Thread類時，直接使用this即可獲取當(dāng)前線程
// Thread對象的getName()返回當(dāng)前該線程的名字
// 因此可以直接調(diào)用getName()方法返回當(dāng)前線程的名
System.out.println(getName() + " " + i);
}
}
public static void main(String[] args)
{
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
// 調(diào)用Thread的currentThread方法獲取當(dāng)前線程
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " " + i);
if (i == 20)
{
// 創(chuàng)建、并啟動第一條線程
new FirstThread().start();
// 創(chuàng)建埠偿、并啟動第二條線程
new FirstThread().start();
}
}
}
}
**b. 實現(xiàn)Runnable接口創(chuàng)建線程類 **
- 定義Runnable接口的實現(xiàn)類透罢，并重寫該接口的run方法，該run方法的方法體同樣是該線程的線程執(zhí)行體胚想。
- 創(chuàng)建Runnable實現(xiàn)類的實例琐凭，并以此實例作為Thread的target來創(chuàng)建Thread對象，該Thread對象才是真正的線程對象浊服。
- 調(diào)用線程對象的start方法來啟動該線程统屈。
public class SecondThread implements Runnable
{
private int i ;
// run方法同樣是線程執(zhí)行體
public void run()
{
for ( ; i < 100 ; i++ )
{
// 當(dāng)線程類實現(xiàn)Runnable接口時，
// 如果想獲取當(dāng)前線程牙躺，只能用Thread.currentThread()方法愁憔。
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " " + i);
}
}
public static void main(String[] args)
{
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " " + i);
if (i == 20)
{
SecondThread st = new SecondThread(); // ①
// 通過new Thread(target , name)方法創(chuàng)建新線程
new Thread(st , "新線程1").start();
new Thread(st , "新線程2").start();
}
}
}
}
c. 實現(xiàn)Callable創(chuàng)建多線程
Callable接口，該接口怎么看都像是Runnable接口的增強版孽拷，Callable接口也提供了一個call()方法可以作為線程執(zhí)行體吨掌，但call方法比run()方法功能更強大：call()方法可以有返回值；call()可以聲明拋出異常 脓恕。
Callable接口有泛型限制膜宋，其接口里的泛型形參類型與call方法返回值類型相同。而且Callable接口是函數(shù)式接口炼幔，因此可使用Lambda表達(dá)式創(chuàng)建Callable對象
- 定義Callable接口的實現(xiàn)類秋茫，并重寫該接口的call方法，該call方法的方法體同樣是該線程的線程執(zhí)行體乃秀。
- 創(chuàng)建Callable實現(xiàn)類的實例肛著，并將該實例包裝成FutureTask，F(xiàn)utureTask實現(xiàn)了Runnable接口跺讯。
- 將FutureTask實例作為Thread的target來創(chuàng)建Thread對象枢贿，該Thread對象才是真正的線程對象。
- 調(diào)用線程對象的start方法來啟動該線程刀脏。
public class ThirdThread
{
public static void main(String[] args)
{
// 創(chuàng)建Callable對象
ThirdThread rt = new ThirdThread();
// 先使用Lambda表達(dá)式創(chuàng)建Callable<Integer>對象局荚，無須先創(chuàng)建Callable實現(xiàn)類
// 使用FutureTask來包裝Callable對象
FutureTask<Integer> task = new FutureTask<Integer>((Callable<Integer>)() -> {
int i = 0;
for ( ; i < 100 ; i++ )
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " 的循環(huán)變量i的值：" + i);
}
// call()方法可以有返回值
return i;
});
for (int i = 0 ; i < 100 ; i++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " 的循環(huán)變量i的值：" + i);
if (i == 20)
{
// 實質(zhì)還是以Callable對象來創(chuàng)建、并啟動線程
new Thread(task , "有返回值的線程").start();
}
}
try
{
// 獲取線程返回值
System.out.println("子線程的返回值：" + task.get());
}
catch (Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
}
兩種線程方式的對比
采用實現(xiàn)Runnable接口方式的多線程：
- 線程類只是實現(xiàn)了Runnable接口愈污，還可以可以繼承其他類耀态。在這種方式下，可以多個線程共享同一個target對象钙畔，所以非常適合多個相同線程來處理
- 同一份資源的情況茫陆，從而可以將CPU，代碼和數(shù)據(jù)分開擎析，形成清晰的模型簿盅，較好地體現(xiàn)了面向?qū)ο蟮乃枷搿?/li>
- 劣勢是：編程稍稍復(fù)雜挥下，如果需要訪問當(dāng)前線程，必須使用Thread.currentThread()方法桨醋。
采用繼承Thread類方式的多線程：
- 劣勢是：因為線程類已經(jīng)繼承了Thread類棚瘟，所以不能再繼承其他父類。
- 優(yōu)勢是：編寫簡單喜最，如果需要訪問當(dāng)前線程偎蘸，無需使用Thread.currentThread()方法，直接使用this即可獲得當(dāng)前線程瞬内。
綜上一般推薦采用實現(xiàn)Runnable接口的方式來創(chuàng)建多進程迷雪。
線程的生命周期
線程死亡
線程會以以下三種方式之一結(jié)束，一個結(jié)束后就處于死亡狀態(tài)：
- run()方法執(zhí)行完成虫蝶，線程正常結(jié)束章咧。
- 線程拋出一個未捕獲的 Exception或Error。
- 直接調(diào)用該線程的stop()方法來結(jié)束該線程——該方法容易導(dǎo)致死鎖能真，通常不推薦使用
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() 方法赁严。當(dāng)在某個程序執(zhí)行流中調(diào)用其他線程的join()方法時，調(diào)用線程將被阻塞粉铐，直到被join方法加入的join線程完成為止疼约。
join()方法通常由使用線程的程序調(diào)用，以將大問題劃分成許多小問題蝙泼，每個小問題分配一個線程程剥。當(dāng)所有的小問題都得到處理后，再調(diào)用主線程來進一步操作踱承。
后臺線程
有一種線程倡缠，它是在后臺運行的哨免，它的任務(wù)是為其他的線程提供服務(wù)茎活，這種線程被稱為“后臺線程（Daemon Thread）”，又稱為“守護線程” 或“精靈線程”琢唾。JVM的垃圾回收線程就是典型的后臺線程载荔。
后臺線程有個特征：如果所有的前臺線程都死亡常空，后臺線程會自動死亡掀泳。
調(diào)用Thread對象setDaemon(true)方法可將指定線程設(shè)置成后臺線程。
線程睡眠
如果我們需要讓當(dāng)前正在執(zhí)行的線程暫停一段時間啤它，并進入阻塞狀態(tài)普办，則可以通過調(diào)用Thread類的靜態(tài)sleep方法工扎，sleep方法有兩種重載的形式：
static void sleep(long millis)：讓當(dāng)前正在執(zhí)行的線程暫停millis毫秒，并進入阻塞狀態(tài)衔蹲，該方法受到系統(tǒng)計時器和線程調(diào)度器的精度和準(zhǔn)確度的影響肢娘。
static void sleep(long millis, int nanos)：讓當(dāng)前正在執(zhí)行的線程暫停millis毫秒加nanos毫微妙，并進入阻塞狀態(tài)，該方法受到系統(tǒng)計時器和線程調(diào)度器的精度和準(zhǔn)確度的影響橱健。
線程讓步
yield()方法是一個和sleep方法有點相似的方法而钞，它也是一個Thread類提供的一個靜態(tài)方法，它也可以讓當(dāng)前正在執(zhí)行的線程暫停拘荡，但它不會阻塞該線程臼节。yield只是讓當(dāng)前線程暫停一下，讓系統(tǒng)的線程調(diào)度器重新調(diào)度一次珊皿，完全可能的情況是：當(dāng)某個線程調(diào)用了yield方法暫停之后网缝，線程調(diào)度器又將其調(diào)度出來重新執(zhí)行。
實際上蟋定，當(dāng)某個線程調(diào)用了yield方法暫停之后途凫，只有優(yōu)先級與當(dāng)前線程相同，或者優(yōu)先級比當(dāng)前線程更高的溢吻、就緒狀態(tài)的線程才會獲得執(zhí)行的機會维费。
sleep方法和yield方法的區(qū)別
- sleep方法暫停當(dāng)前線程后，會給其他線程執(zhí)行機會促王，不會理會其他線程的優(yōu)先級犀盟。但yield方法只會給優(yōu)先級相同，或優(yōu)先級更高的線程執(zhí)行機會蝇狼。
- sleep方法會將線程轉(zhuǎn)入阻塞狀態(tài)阅畴，直到經(jīng)過阻塞時間才會轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)。而yield不會將線程轉(zhuǎn)入阻塞狀態(tài)迅耘，它只是強制當(dāng)前線程進入就緒狀態(tài)贱枣。因此完全有可能某個線程調(diào)用yield方法暫停之后，立即再次獲得處理器資源被執(zhí)行颤专。
- sleep方法聲明拋出了InterruptedException異常纽哥，所以調(diào)用sleep方法時要么捕捉該異常，要么顯式聲明拋出該異常栖秕。而yield方法則沒有聲明拋出任何異常春塌。
- sleep方法比yield方法有更好的可移植性，通常不要依靠yield來控制并發(fā)線程的執(zhí)行簇捍。
線程優(yōu)先級
每個線程執(zhí)行時都有具有一定的優(yōu)先級只壳，優(yōu)先級高的線程獲得較多的執(zhí)行機會，而優(yōu)先級低的線程則獲得較少的執(zhí)行機會暑塑。
每個線程默認(rèn)的優(yōu)先級都與創(chuàng)建它的父線程具有相同的優(yōu)先級吼句，默認(rèn)情況下，main線程的具有普通優(yōu)先級事格，由main線程創(chuàng)建的子線程也有普通優(yōu)先級惕艳。
Thread提供了setPriority(int newPriority)和getPriority()方法來設(shè)置和返回指定線程的優(yōu)先級况毅，其中setPriority方法的參數(shù)可以是一個整數(shù)，范圍是1～10之間尔艇，也可以使Thread類的三個靜態(tài)常量：
MAX_PRIORITY：其值是10尔许。
MIN_PRIORITY：其值是1。
NORM_PRIORITY：其值是5终娃。
同步代碼塊
Java的多線程支持引入了同步監(jiān)視器來解決這個問題味廊，使用同步監(jiān)視器的通用方法就是同步代碼塊。
synchronized后括號里的obj就是同步監(jiān)視器棠耕，上面代碼的含義是：線程開始執(zhí)行同步代碼塊之前余佛，必須先獲得對同步監(jiān)視器的鎖定。
選擇監(jiān)視器的目的：阻止兩條線程對同一個共享資源進行并發(fā)訪問窍荧。因此通常推薦使用可能被并發(fā)訪問的共享資源充當(dāng)同步監(jiān)視器辉巡。對于上面的取錢模擬程序，我們應(yīng)該考慮使用賬戶（account）作為同步監(jiān)視器蕊退。
同步方法
Java的多線程安全支持還提供了同步方法郊楣，同步方法就是使用synchronized關(guān)鍵字來修飾某個方法，則該方法成為同步方法瓤荔。對于同步方法而言净蚤，無需顯式指定同步監(jiān)視器，同步方法的同步監(jiān)視器是this输硝，也就是該對象本身今瀑。
線程安全的類
- 不要對線程安全類的所有方法都進行同步，只對那些會改變競爭資源（競爭資源也就是共享資源）的方法進行同步点把。例如上面的Account類中accountNo屬性就無需同步橘荠，所以程序只對draw方法進行同步控制。
- 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)境郎逃，則應(yīng)該為該可變類提供兩種版本：線程不安全版本和線程安全版本哥童。在單線程環(huán)境中使用線程不安全版本以保證性能，在多線程環(huán)境中使用線程安全版本衣厘。
釋放同步監(jiān)視器
線程會在如下幾種情況下釋放對同步監(jiān)視器的鎖定：
- 當(dāng)前線程的同步方法如蚜、同步代碼塊執(zhí)行結(jié)束压恒，當(dāng)前線程即釋放同步監(jiān)視器影暴。
- 當(dāng)線程在同步代碼塊、同步方法中遇到break探赫、return終止了該代碼塊型宙、該方法的繼續(xù)執(zhí)行，當(dāng)前線程將會釋放同步監(jiān)視器伦吠。
- 當(dāng)線程在同步代碼塊妆兑、同步方法中出現(xiàn)了未處理的Error或Exception魂拦，導(dǎo)致了該代碼塊、該方法異常結(jié)束時將會釋放同步監(jiān)視器搁嗓。
- 當(dāng)線程執(zhí)行同步代碼塊或同步方法時芯勘，程序執(zhí)行了同步監(jiān)視器對象的wait()方法，則當(dāng)前線程暫停腺逛，并釋放同步監(jiān)視器荷愕。
同步鎖（Lock）
Lock是控制多個線程對共享資源進行訪問的工具。通常棍矛，鎖提供了對共享資源的獨占訪問安疗，每次只能有一個線程對Lock對象加鎖，線程開始訪問共享資源之前應(yīng)先獲得Lock對象够委。不過荐类，某些鎖可能允許對共享資源并發(fā)訪問，如 ReadWriteLock（讀寫鎖）茁帽。當(dāng)然玉罐，在實現(xiàn)線程安全的控制中，通常喜歡使用ReentrantLock（可重入鎖）潘拨。使用該Lock對象可以顯式地加鎖厌小、釋放鎖。
ReentrantLock鎖具有可重入性战秋，也就是說線程可以對它已經(jīng)加鎖的ReentrantLock鎖再次加鎖璧亚，ReentrantLock對象會維持一個計數(shù)器來追蹤lock方法的嵌套調(diào)用，線程在每次調(diào)用lock()方法加鎖后脂信，必須顯式調(diào)用unlock()方法來釋放鎖癣蟋，所以一段被鎖保護的代碼可以調(diào)用另一個被相同鎖保護的方法
死鎖
當(dāng)兩個線程相互等待對方釋放同步監(jiān)視器時就會發(fā)生死鎖，Java虛擬機沒有監(jiān)測狰闪、也沒有采用措施來處理死鎖情況疯搅，所以多線程編程時應(yīng)該采取措施避免死鎖的出現(xiàn)。一旦出現(xiàn)死鎖埋泵，整個程序既不會發(fā)生任何異常幔欧，也不會給出任何提示，只是所有線程處于阻塞狀態(tài)丽声，無法繼續(xù)礁蔗。
線程的協(xié)調(diào)運行
以借助于Object類提供的wait()、notify()和notifyAll()三個方法雁社，這三個方法并不屬于Thread類浴井，而是屬于Object類。但這三個方法必須同步監(jiān)視器對象調(diào)用霉撵。
關(guān)于這三個方法的解釋如下：
- wait()：導(dǎo)致當(dāng)前線程等待磺浙，直到其他線程調(diào)用該同步監(jiān)視器的notify()方法或notifyAll()方法來喚醒該線程洪囤。該wait()方法有三種形式：無時間參數(shù)的wait（一直等待，直到其他線程通知）撕氧，帶毫秒?yún)?shù)的wait和帶毫秒瘤缩、微秒?yún)?shù)的wait（這兩種方法都是等待指定時間后自動蘇醒）。調(diào)用wait()方法的當(dāng)前線程會釋放對該同步監(jiān)視器的鎖定伦泥。
- notify()：喚醒在此同步監(jiān)視器上等待的單個線程款咖。如果所有線程都在此同步監(jiān)視器上等待，則會選擇喚醒其中一個線程奄喂。選擇是任意性的铐殃。只有當(dāng)前線程放棄對該同步監(jiān)視器的鎖定后（使用wait()方法），才可以執(zhí)行被喚醒的線程跨新。
- notifyAll()：喚醒在此同步監(jiān)視器上等待的所有線程富腊。只有當(dāng)前線程放棄對該同步監(jiān)視器的鎖定后，才可以執(zhí)行被喚醒的線程域帐。
使用條件變量控制協(xié)調(diào)
當(dāng)使用Lock對象來保證同步時赘被，Java提供了一個Condition類來保持協(xié)調(diào)，使用Condition可以讓那些已經(jīng)得到Lock對象肖揣、卻無法繼續(xù)執(zhí)行的線程釋放Lock對象民假，Condtion對象也可以喚醒其他處于等待的線程。
Condition 將同步監(jiān)視鎖方法（wait龙优、notify 和 notifyAll）分解成截然不同的對象羊异，以便通過將這些對象與Lock對象組合使用，為每個對象提供多個等待集（wait-set）彤断。在這種情況下野舶，Lock 替代了同步方法或同步代碼塊，Condition替代了同步監(jiān)視鎖的功能宰衙。
Condition實例實質(zhì)上被綁定在一個Lock對象上平道。要獲得特定Lock實例的Condition實例，調(diào)用Lock對象newCondition()方法即可供炼。Condtion類提供了如下三個方法：
- await()：類似于隱式同步監(jiān)視器上的wait()方法一屋，導(dǎo)致當(dāng)前線程等待，直到其他線程調(diào)用該Condtion的signal ()方法或signalAll ()方法來喚醒該線程袋哼。該await方法有更多變體：long awaitNanos(long nanosTimeout)冀墨、void awaitUninterruptibly()、awaitUntil(Date deadline)等先嬉，可以完成更豐富的等待操作轧苫。
- signal ()：喚醒在此Lock對象上等待的單個線程。如果所有線程都在該Lock對象上等待疫蔓，則會選擇喚醒其中一個線程含懊。選擇是任意性的。只有當(dāng)前線程放棄對該Lock對象的鎖定后（使用await()方法）衅胀，才可以執(zhí)行被喚醒的線程岔乔。
- signalAll()：喚醒在此Lock對象上等待的所有線程。只有當(dāng)前線程放棄對該該Lock對象的鎖定后滚躯，才可以執(zhí)行被喚醒的線程雏门。
線程池
系統(tǒng)啟動一個新線程的成本是比較高的，因為它涉及到與操作系統(tǒng)交互掸掏。在這種情形下茁影，使用線程池可以很好地提高性能，尤其是當(dāng)程序中需要創(chuàng)建大量生存期很短暫的線程時丧凤，更應(yīng)該考慮使用線程池募闲。
與數(shù)據(jù)庫連接池類似的是，線程池在系統(tǒng)啟動時即創(chuàng)建大量空閑的線程愿待，程序?qū)⒁粋€Runnable對象傳給線程池浩螺，線程池就會啟動一條線程來執(zhí)行該對象的run方法，當(dāng)run方法執(zhí)行結(jié)束后仍侥，該線程并不會死亡要出，而是再次返回線程池中成為空閑狀態(tài)，等待執(zhí)行下一個Runnable對象的run方法农渊。
使用線程池的步驟
- 調(diào)用Executors類的靜態(tài)工廠方法創(chuàng)建一個ExecutorService對象或ScheduledExecutorService對象患蹂，其中前者代表簡單的線程池，后者代表能以任務(wù)調(diào)度方式執(zhí)行線程的線程池砸紊。
- 創(chuàng)建Runnable實現(xiàn)類或Callable實現(xiàn)類的實例况脆，作為線程執(zhí)行任務(wù)。
- 調(diào)用ExecutorService對象的submit方法來提交Runnable實例或Callable實例批糟；或調(diào)用ScheduledExecutorService的schedule來執(zhí)行線程格了。
- 當(dāng)不想提交任何任務(wù)時調(diào)用ExecutorService對象的shutdown方法來關(guān)閉線程池。
