JDK5中的多线程并发库.docx

JDK5中的多线程并发库.docx

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JDK5中的多线程并发库

1.线程

Ø线程与进程的关系

进程是一个正在执行中的程序，线程是程序执行过程中的一条分支，一个进程可以有多个线程。

Ø创建线程的方式

•Thread子类

自定义一个类继承Thread类，重写其中run（）方法。

创建该类对象并调用start（）方法，就会开启一条新线程并执行run（）方法中的代码。

•Runnable

自定义一个类实现Runnable接口，重启其中run（）方法。

创建该类对象并创建Thread对象，在创建Thread对象时将Runnbale对象传入构造函数。

调用Thread对象的start（）方法时就会开启线程运行Runnbale对象的run（）方法中的代码。

ØThread类常用方法

•sleep（long）

当前线程休眠指定毫秒

•currentThread（）

获取当前线程对象

•getName（）

获取当前线程的名字

•setName（String）

设置当前线程的名字

•setDaemon（boolean）

设置线程为守护线程，守护线程在进程中没有任何非守护线程执行时自动结束，该方法只能在线程调用start（）之前使用

•join（）

当前线程暂停，等待加入的线程运行结束之后继续

2.计时器

Ø什么是计时器

Timer是一种工具，用其安排在后台线程中执行的任务。

可安排任务执行一次，或者定期重复执行。

可以通过构造函数设置其线程名及是否为守护线程。

Ø安排任务

•schedule（TimerTask,long）

安排任务，延迟指定毫秒后执行

•schedule（TimerTask,Date）

安排任务，在指定时间执行

•schedule（TimerTask,long,long）

安排任务，延迟指定毫秒后执行第一次，之后每间隔指定毫秒重复运行

•schedule（TimerTask,Date,long）

安排任务，在指定时间时执行第一次，之后每间隔指定毫秒重复运行

Ø练习

使用计时器安排任务，先2秒执行一次，然后4秒执行一次，再2秒执行一次，4秒执行一次，循环……

使用计时器安排任务，周一到周五每天凌晨4点执行。

3.同步

Ø同步代码块

使用synchronized（锁对象）{同步代码}形式进行同步，多个线程执行同步代码块时如果使用的锁对象相同，只能有一个线程执行。

Ø同步方法

使用synchronized关键字修饰方法，这时整个方法都是同步的，使用this作为锁对象。

Ø静态同步方法

静态方法也可以使用synchronized关键字修饰，方法内部的代码也是同步的，这时的锁对象是当前类的Class对象。

4.通信

Ø等待

在同步代码中调用锁对象的wait（）方法，可以让当前线程等待

Ø通知唤醒

使用锁对象的notify（）方法可以唤醒在该对象上等待的随机一个线程

使用锁对象的notifyAll（）方法可以唤醒在该对象上等待的所有线程

Ø练习

创建2个线程，其中一个线程内部执行3次打印，另外一个线程内部执行5次打印，第一个线程再执行3次，第二个执行5次，如此交替执行10次。

5.线程范围内共享数据

Ø应用场景

在程序开发过程中我们经常需要在同一个线程中共享数据，例如我们常见的银行转账的案例，转入和转出是同一个线程上执行的两个方法，他们应该共享一个事务对象。

Ø解决方案

•自定义Map

使用一个Key对象为Thread类型的Map用来保存数据。

在存储对象时将当前线程存为Key，数据存为Value。

获取对象时使用当前线程对象即可获取到线程内部共享的数据。

•ThreadLocal

Java中为我们提供了一个和当前线程相关的容器ThreadLocal。

当调用其set（）方法时会将数据和当前线程绑定，调用get（）方法时则是获取和当前线程绑定的数据。

一个ThreadLocal只能存储一个数据，如果有多个数据需要在线程范围内共享，可以创建多个ThreadLocal，或者将多个数据存入一个对象，将对象存入ThreadLocal。

Ø练习

开启4个线程，线程开启后均为死循环，它们同时操作一个int变量，2个线程中对变量每次加3并且打印，另外2个线程中对变量每次减3并打印。

6.原子类型

Ø什么是原子类型

JDK5之后，Java中的java.util.concurrent.atomic包中提供了一些原子类型，可以对Integer、Long、Boolean和引用数据类型进行一些常用的操作，这些操作都是具有原子性的。

原子性即为不可分割的，例如我们说一组操作具有原子性，就是指这组操作的执行过程中CPU不会跳转到其他线程工作

Ø常用API

•AtomicInteger：

具有原子性的Integer

addAndGet（int）对数字增加指定值，并且返回更新后的值

incrementAndGet（）对数字加1并且返回更新后的值

decrementAndGet（）对数字减1并且返回更新后的值

set（int）设置为指定数值

•AtomicIntegerArray：

具有原子性的Integer数组

addAndGet（int,int）对指定索引位置上的数值增加指定值，并且返回更新后的值

incrementAndGet（int）将指定索引上的数值加1并返回

decrementAndGet（int）将指定索引上的数值减1并返回

set（int,int）将指定索引上的值赋值为指定值

•AtomicIntegerFieldUpdater：

Integer字段更新器

newUpdater（Class,String）获取指定类的指定属性的更新器

addAndGet（Object,int）将指定对象上的属性设置为指定值

7.线程池

Ø什么是线程池

当我们需要执行多个任务，每个任务都需要一个线程去执行的时候，并不一定需要每次都创建一个线程，因为线程的创建和销毁都是比较消耗性能的。

我们可以事先创建一些线程，存储在一个容器池中，当需要执行任务的时候从池中获取一个线程，任务执行结束之后再将线程还回池中。

JDK5之后，Java中提供了工具类Exetors，用来创建各种线程池。

ExecutorService、ScheduledExecutorService

Ø固定大小的线程池

使用newFixedThreadPool（int）方法创建一个固定大小的线程池，池内线程个数为指定int值

调用线程池的execute（Runnable）方法来添加一个任务，如果池中有空闲线程，将会立即执行任务，如果池中没有空闲线程，任务将会等待池中线程完成之前的任务之后才执行

Ø缓冲线程池

使用newCachedThreadPool（）方法创建一个缓冲线程池，池内最初没有线程

调用线程池的execute（Runnable）方法来添加一个任务，如果池中有空闲线程，将会立即执行任务，如果池中没有空闲线程则会创建新线程执行，线程空闲60秒后销毁

Ø单独线程池

使用newSingleThreadExecutor（）方法创建一个单独线程池，池内始终只有1个线程，如果该线程被杀死，则会重新创建

调用线程池的execute（Runnable）方法来添加一个任务，如果池中线程空闲，将会立即执行任务，如果线程忙碌，则等待线程完成上次的任务之后才执行

Ø计时器线程池

使用newScheduledThreadPool（int）方法创建一个计时器线程池，池内线程数为指定int值

调用线程池的execute（Runnable）可以添加一个立即执行的任务，原理和newFixedThreadPool（int）相同

还可以调用schedule（Runnable,long,TimeUnit）方法来指定定时任务

ØCallable和Futrue

ExecutorService还可以调用submit（Callable）方法执行一个任务，在call（）方法中定义任务内容并且返回一个值

submit方法会返回一个Future对象，在任务执行结束时，Future对象的get（）方法可以得到call（）方法返回的值，如果调用get（）方法时任务未完成，那么线程将阻塞等待任务完成

ØCompletionService

使用CompletionService可以批量添加任务之后获取最先完成的任务返回的结果

使用构造函数ExecutorCompletionService（Executor）创建对象，然后使用submit（Callable）方法添加任务

调用CompletionService的take（）方法可以获取到最先完成的任务返回的Future对象

8.锁

ØReentrantLock

使用在多线程并发时可以使用ReentrantLock对象的lock（）方法开始同步，unlock（）方法结束同步。

使用相同Lock对象同步的代码同一时间只能一个线程执行，原理和synchronized相同。

通常解锁的代码会放在finally中执行，避免出现一场无法解锁的问题。

ØReentrantReadWriteLock

使用构造函数ReentrantReadWriteLock（）可以创建读写锁对象，调用其readLock（）可以获取读锁，调用writeLock（）方法可以获取写锁

读锁和读锁之间不互斥，写锁和写锁之间互斥，写锁和读锁也互斥

Ø练习

设计一个缓存容器，可以缓存多个对象。

当调用缓存容器取数据时如果其中没有查询数据，则从数据库查找，如果有就直接返回。

9.条件分支

ØCondition

使用Lock的newCondition（）方法可以获取一个Condition，Condition对象拥有和Object类似的wait（）、notify（）、notifyAll（）功能，分别为await（）、signal（）、signalAll（）

区别是如果使用synchronized同步时只能使用锁对象来wait（）、notify（）、notifyAll（），这时notify（）方法只能唤醒随机一个线程

而使用Condition时可以创建多个分支对象，让线程在不同的分支上等待，并且可以唤醒指定分支上的线程

Ø练习

创建3个线程，其中一个线程内部执行3次打印，一个线程内部执行5次打印，另外一个线程内部执行7次.打印。

第一个线程再执行3次，第二个执行5次，第三个执行7次，如此交替执行10次。

10.同步工具类

ØSemaphore

可以在多个线程并发时指定同时执行线程的个数。

使用构造函数Semaphore（int）创建信号灯，指定并发个数。

在线程开始执行后调用acquire（）方法占用一个并发数，线程结束时使用release（）释放一个并发数。

类似银行排号功能，多个客户即为多条线程，并发数量取决于银行开了几个窗口，其他客户等待前面客户办理业务结束之后排队继续。

ØCyclicBarrier

可以在多线程并发执行的时设置标记，等待其他线程。

使用构造函数CyclicBarrier（int）创建对象，指定等待线程的个数。

在线程开始执行之后可以使用CyclicBarrier的await（）方法控制先到的线程等待，直到等待的线程到达指定个数时所有线程继续。

类似集体旅游爬山，从山脚开始爬山每个人速度不同，到达山顶的时间不同，但是先到的等待后来的一起开饭。

饭后下山的速度也有所不同，先到的在车上等待后来的一起开车回家。

ØCountDownLatch

可以在多线程并发执行时设置等待，等待倒计时结束之后继续。

使用构造函数CountDownLatch（int）创建对象，指定倒计时次数。

在线程开始之后可以使用await（）方法控制线程等待倒计时，使用countDown（）方法进行倒计时，当调用countDown（）到达指定次数之后await（）的线程继续执行。

类似于田径赛跑，运动员等待裁判倒数开始，裁判等待运动员到达终点。

ØExchanger

可以在多线程并发时设置等待，等待另一线程运行到指定位置，并且交换数据。

使用构造函数Exchanger（）创建对象。

在线程开始之后可以使用exchange（Object）方法控制当前线程等待，直到有另一个线程也调用该方法时交换数据，并继续执行。

类似于买卖双方约定交易地点，其中一方先到之后等待另外一方，双方到齐之后一手交钱一手交货。

11.阻塞队列

ØBlockingQueue

阻塞队列，可以支持多个线程向队列中添加获取元素。

ArrayBlockingQueue为数组实现的固定大小的阻塞队列

LinkedBlockingQueue为链表实现的不固定大小的阻塞队列

练习：

使用BlockingQueue完成线程之间的通信，3个线程轮流打印

12.同步集合

ConcurrentHashMap线程安全的HashMap，类似于Hashtable

ConcurrentSkipListMap线程安全的TreeMap

ConcurrentSkipListSet线程安全的TreeSet

CopyOnWriteArrayList线程安全的ArrayList