java基础多线程学习.docx

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java基础多线程学习

如果对什么是线程、什么是进程仍存有疑惑，请先XX之，因为这两个概念不在本文的范围之内。

  使用多线程只有一个目的，那就是更好的利用cpu的资源，因为所有的多线程代码都可以用单线程来实现。

说这个话其实只有一半对，因为反应“多角色”的程序代码，最起码每个角色要给他一个线程吧，否则连实际场景都无法模拟，当然也没法说能用单线程来实现：

比如最常见的“生产者，消费者模型”。

　很多人（包括我之前）都对其中的一些概念不够明确，如同步、并发等等，让我们先建立一个数据字典，以免产生误会。

∙多线程：

指的是这个程序运行时产生了不止一个线程

∙并行：

与多线程其实是一个概念，当然多进程也属于并行。

∙并发：

与并行类似，唯一不同的是：

并发往往在场景中有公用的资源，那么针对这个公用的资源往往产生瓶颈，我们会用TPS或者QPS来反应这个系统的处理能力。

∙线程安全：

在并发的情况之下，线程的调度顺序不影响任何结果。

这个时候使用多线程，我们只需要关注系统的内存，cpu是不是够用即可。

viceversa

∙同步：

是碰到的多线程情况中相对复杂的，需要人为的对线程进行一些调度，来保证结果的准确。

在保证结果准确的同时，提高性能，才是优秀的程序。

　一些结论：

　　并行肯定是线程安全的；

　　同步场景肯定是线程不安全的（做了控制之后可能安全）；

　　并发不一定线程安全。

　　好了，让我们开始吧。

我准备分成几部分来总结涉及到多线程的内容：

1.基础中的基础-状态切换

2.每个对象都有的方法（机制）

3.基本线程类

4.其他相关多线程控制类

1.基础中的基础-状态切换

　　各种状态一目了然，值得一提的是"blocked"这个状态

 　　转自XX搜索结果：

线程在Running的过程中可能会遇到阻塞（Blocked）情况

　　①．调用join（）和sleep（）方法，sleep（）时间结束或被打断，join（）中断,IO完成都会回到Runnable状态，等待JVM的调度。

　　②．调用wait（），使该线程处于等待池（waitblockedpool）,直到notify（）/notifyAll（），线程被唤醒被放到锁定池（lockblockedpool），释放同步锁使线程回到可运行状态（Runnable）

　　③．对Running状态的线程加同步锁（Synchronized）使其进入（lockblockedpool）,同步锁被释放进入可运行状态（Runnable）。

　　此外，在runnable状态的线程是处于被调度的线程，此时的调度顺序是不一定的。

Thread类中的yield方法可以让一个running状态的线程转入runnable。

2. 每个对象都有的方法（机制）

　　synchronized,wait,notify

　　他们是应用于同步问题的人工线程调度工具。

最基本的使用方式搜索一下可以轻易得到，在这里就不在赘述。

至于其本质，首先就要明确monitor的概念，对java中的每个对象都有一个监视器，来监测并发代码的重入。

在非多线程编码时该监视器不发挥作用，反之如果在synchronized范围内，监视器发挥作用。

　　wait/notify必须存在于synchronized块中。

并且，这三个关键字针对的是同一个监视器（某对象的监视器）。

这意味着wait之后，其他线程可以进入同步块执行。

   当某代码并不持有监视器的使用权时（如图中5的状态，即脱离同步块）去wait或notify，会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException。

也包括在synchronized块中去调用另一个对象的wait/notify，因为不同对象的监视器不同，同样会抛出此异常。

3. 基本线程类

　　Thread类，Runnable接口，Callable接口

　　Thread类实现了Runnable接口，启动一个线程的方法：

　　第一种.继承Thread类，覆盖run（），然后调用

　　　　MyThreadmy=newMyThread（）;

　　　　my.start（）;

　　Thread类相关方法：

　　　　public staticThread.yield（） //当前线程可转让cpu控制权，让别的就绪状态线程运行（切换）

　　　　public staticThread.sleep（）  //暂停一段时间

　　　　publicjoin（） //在一个线程中调用other.join（）,将等待other执行完后才继续本线程。

　　　　后两个函数皆可以被

　　　　publicinterrupte（）打断

　　　　关于中断：

。

它并不像stop方法那样会中断一个正在运行的线程。

线程会不时地检测中断标识位，以判断线程是否应该被中断（中断标识值是否为true）。

终端只会影响到wait状态、sleep状态和join状态。

被打断的线程会抛出InterruptedException

　　　　Thread.interrupted（）检查当前线程是否发生中断，返回boolean

　　　　synchronized在获锁的过程中是不能被中断的

　　　　中断是一个状态！

interrupt（）方法只是将这个状态置为true而已。

所以说正常运行的程序不去检测状态，就不会终止，而wait等阻塞方法会去检查并抛出异常。

如果在正常运行的程序中添加while（!

Thread.interrupted（）），则同样可以在中断后离开代码体

　　　　Thread类其他：

　　　　ps.thread类写的时候最好要设置线程名称Thread.name，并设置线程组ThreadGroup，目的是方便管理。

在出现问题的时候，打印线程栈（jstack-pid）一眼就可以看出是哪个线程出的问题，这个线程是干什么的。

　　Thread类之异常:

　　　　如图，在其他线程中（Task类）抛出异常是无法通过常用的try-Catch机制来捕获异常的，若没有设置UncaughtExceptionHandler的话异常将不会被捕捉。

程序也能够正常的执行下去，这时候就有非常大的危险，因为你不知道代码存在问题--直到客户投诉。

　　第二种.实现Runnable接口，实现run（）然后调用

1　Threadmy=newThread（newMyRunnableImpl（））;

2　my.start（）;

　　第三种.实现Callable接口，实现call（）

1　ExecutorServicee=Executors.newFixedThreadPool（3）;

2Futurefuture=e.submit（newmyCallable（））;//submit方法有多重参数版本，及支持callable也能够支持runnable接口类型.具体待研究

　　　　future模式：

并发模式的一种，可以有两种形式，即无阻塞和阻塞，分别是isDone和get。

其中Future对象用来存放该线程的返回值以及状态

　　　　future.isDone（） //return true,false无阻塞

　　　　future.get（） //return返回值，阻塞直到该线程运行结束。

4. 其他相关多线程控制类　　

∙volatile关键字

    volatile关键字用于将多线程中的变量置为同一副本。

用于修饰字段。

和syncronized之间差别是不加锁。

深入理解：

其实道理上讲同一实例的同一属性本身只有一个副本。

但是多线程是会缓存值的，本质上，volatile就是不去缓存，直接取值。

在线程安全的情况下加volatile会牺牲性能。

∙ThreadLocal类

　　用处：

保存线程的独立变量。

对一个线程类（继承自Thread）

　　当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。

　　实现：

每个Thread都持有一个TreadLocalMap类型的变量（该类是一个轻量级的Map，功能与map一样，区别是桶里放的是entry而不是entry的链表。

功能还是一个map。

）以本身为key，以目标为value。

　　主要方法是get（）和set（Ta），set之后在map里维护一个threadLocal->a，get时将a返回。

ThreadLocal是一个特殊的容器。

∙原子类（AtomicInteger、AtomicBoolean……）

　 如果使用atomicwrapperclass如atomicInteger，或者使用自己保证原子的操作，则等同于syncronized

     AtomicIpareAndSet（intexpect,intupdate）,返回值为boolean

   该方法可用于实现乐观锁，考虑如下场景：

a给b付款10元，a扣了10元，b要加10元。

此时c给b2元，但是b的加十元代码约为：

1intvalue=b.value;

2value+=10;

3b.value=value;

   在第一行之后b.value发生了变更。

那么2元就被吞掉了。

   有了这个方法之后，可以如此

   第三行替换为：

1　　　　　　if（pareAndSet（old,value））{

2return;

3}else{

4//tryagain

5//ifthatfails,rollbackandlog

6}

　　AtomicReference

   对于AtomicReference来讲，也许对象会出现，属性丢失的情况，即oldObject==current，但是oldObject.getPropertyA!

=current.getPropertyA。

   这时候，AtomicStampedReference就派上用场了。

这也是一个很常用的思路，即加上版本号

∙Lock类　

   lock:

在java.util.concurrent包内。

共有三个实现：

ReentrantLock,ReentrantReadWriteLock.ReadLock,ReentrantReadWriteLock.WriteLock。

   主要目的是和synchronized一样， 两者都是为了解决同步问题，处理资源争端而产生的技术。

功能类似但有一些区别。

　　区别如下：

   　　1.lock更灵活，可以自由定义多把锁的枷锁解锁顺序（synchronized要按照先加的后解顺序）

  　　 2.提供多种加锁方案，lock阻塞式,trylock无阻塞式,lockInterruptily可打断式，还有trylock的带超时时间版本。

  　　 3.本质上和监视器锁（即synchronized是一样的）

  　　 4.能力越大，责任越大，必须控制好加锁和解锁，否则会导致灾难。

  　　 5.和Condition类的结合。

  　　 6.性能更高，对比如下图：

　　　　（图片来自互联网）

　　　　ReentrantLock

　　　　可重入的意义在于持有锁的线程可以继续持有，并且要释放对等的次数后才真正释放该锁。

　　　　使用方法是：

　　　　1,先new一个实例

　　　　　　static ReentrantLock r=newReentrantLock（）;

　　　　2,加锁

　　　　　　r.lock（）

　　　　　　或r.lockInterruptibly（）;

　　　　此处也是个不同，后者可被打断。

当a线程lock后，b线程阻塞，此时如果是lockInterruptibly，那么在调用b.interrupt（）之后，b线程退出阻塞，并放弃对资源的争抢，进入catch块。

（如果使用后者，必须throwinterruptableexception或catch）

　　　　3,释放锁

　　　　r.unlock（）

　　　　必须做！

何为必须做呢，要放在finally里面。

以防止异常跳出了正常流程，导致灾难。

这里补充一个小知识点，finally是可以信任的：

经过测试，哪怕是发生了OutofMemoryError，finally块中的语句执行也能够得到保证。

　　　　ReentrantReadWriteLock

　　　　可重入读写锁（读写锁的一个实现）

　　ReentrantReadWriteLocklock=new ReentrantReadWriteLock（）

　　ReadLockr=lock.readLock（）;

　　WriteLockw=lock.writeLock（）;

　　两者都有lock,unlock方法。

写写，写读互斥；读读不互斥。

可以实现并发读的高效线程安全代码

∙容器类　

　　这里就讨论比较常用的两个：

BlockingQueue和ConcurrentHashMap

　　　　BlockingQueue

　　　　阻塞队列。

 该类是java.util.concurrent包下的重要类，通过对Queue的学习可以得知，这个queue是单向队列，可以在队列头添加元素和在队尾删除或取出元素。

类似于一个管　　道，特别适用于先进先出策略的一些应用场景。

普通的queue接口主要实现有PriorityQueue（优先队列），有兴趣可以研究

　　　　BlockingQueue在队列的基础上添加了多线程协作的功能：

　　　　除了传统的queue功能（表格左边的两列）之外，还提供了阻塞接口put和take，带超时功能的阻塞接口offer和poll。

put会在队列满的时候阻塞，直到有空间时被唤醒；take在队　列空的时候阻塞，直到有东西拿的时候才被唤醒。

用于生产者-消费者模型尤其好用，堪称神器。

　　　　常见的阻塞队列有：

ArrayListBlockingQueue,LinkedListBlockingQueue,DelayQueue,SynchronousQueue

　　　　ConcurrentHashMap

     高效的线程安全哈希map。

请对比hashTable,concurrentHashMap,HashMap

∙管理类　

　　　　管理类的概念比较泛，用于管理线程，本身不是多线程的，但提供了一些机制来利用上述的工具做一些封装。

　　　　了解到的值得一提的管理类：

ThreadPoolExecutor和JMX框架下的系统级管理类 ThreadMXBean

　　　　ThreadPoolExecutor

　　　　如果不了解这个类，应该了解前面提到的ExecutorService，开一个自己的线程池非常方便：

1　　ExecutorServicee=Executors.newCachedThreadPool（）;

2ExecutorServicee=Executors.newSingleThreadExecutor（）;

3ExecutorServicee=Executors.newFixedThreadPool（3）;

4//第一种是可变大小线程池，按照任务数来分配线程，

5//第二种是单线程池，相当于FixedThreadPool

（1）

6//第三种是固定大小线程池。

7//然后运行

8e.execute（newMyRunnableImpl（））;

　　　　该类内部是通过ThreadPoolExecutor实现的，掌握该类有助于理解线程池的管理，本质上，他们都是ThreadPoolExecutor类的各种实现版本。

请参见javadoc：

　　　　该类初始化时所需的各参数解释如下：

ocorePoolSize:

池内线程初始值与最小值，就算是空闲状态，也会保持该数量线程。

omaximumPoolSize:

线程最大值，线程的增长始终不会超过该值。

okeepAliveTime：

当池内线程数高于corePoolSize时，经过多少时间多余的空闲线程才会被回收。

回收前处于wait状态

ounit：

时间单位，可以使用TimeUnit的实例，如TimeUnit.MILLISECONDS　

oworkQueue:

待入任务（Runnable）的等待场所，该参数主要影响调度策略，如公平与否，是否产生饿死（starving）

othreadFactory:

线程工厂类，有默认实现，如果有自定义的需要则需要自己实现ThreadFactory接口并作为参数传入。

　　　　ThreadMXBean

 　　　该类是JMX框架下的管理类，其他的MXbean也比较有价值，此处不讨论。

简单实现如下：

1ThreadMXBeanm=ManagementFactory.getThreadMXBean（）;

2ThreadInfo[]dumpAllThreads=m.dumpAllThreads（true,true）;

3System.out.println（dumpAllThreads[0].toString（））;   

　　　　javase6开始提供了大量性能监测工具，和线程相关的就是ThreadMXBean。

有很多想象空间，

     1.可以开发专门的监测页面，制成图标

     2.设定阀值监控报警

     3.设置开关，让系统可控