java多线程基础

本文主要是介绍java多线程基础，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

总结：线程 操作 资源类

1、概念

 线程是jvm调度的最小单元，也叫做轻量级进程，进程是由线程组成，线程拥有私有的程序技术器以及栈，并且能够访问堆中的共享资源。这里提出一个问题，为什么要用多线程？有一下几点，首先，随着cpu核心数的增加，计算机硬件的并行计算能力得到提升，而同一个时刻一个线程只能运行在一个cpu上，那么计算机的资源被浪费了，所以需要使用多线程。其次，也是为了提高系统的响应速度，如果系统只有一个线程可以执行，那么当不同用户有不同的请求时，由于上一个请求没处理完，那么其他的用户必定需要在一个队列中等待，大大降低响应速度，所以需要多线程。
     多线程有六种状态，分别是就绪态，运行态，死亡态，阻塞态，等待态，和超时等待态，各种状态之间的切换如上图所示。这里的状态切换是通过synchronized锁下的方法实现，对应的Lock锁下的方法同样可以实现这些切换。

2、线程的创建

     线程的创建有两种方式，第一种是继承Thread类，第二种是实现Runnable接口

第一种：

    class MyThread extends Thread{
    int j=20;
    public void run(){
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(this.getName()+",i="+j--);
        }
    }
}

第二种：

class MyRunnable implements Runnable{
    int j=20;
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+",j="+this.j--);
        }
    }
}

main函数中：

 MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
    Thread t1 = new Thread(myRunnable);
    Thread t2 = new Thread(myRunnable);
    t1.start();
    t2.start();

3、线程安全测试
线程安全是多线程编程中经常需要考虑的一个问题，线程安全是指多线程环境下多个线程可能会同时对同一段代码或者共享变量进行执行，如果每次运行的结果和单线程下的结果是一致的，那么就是线程安全的，如果每次运行的结果不一致，那么就是线程不安全的。
并且多次执行程序的结果还不一致，这就是线程不安全的情况，通过加锁可以保证线程安全

4、锁
java中有两种锁，一种是重量级锁synchronized，jdk1.6经过锁优化加入了偏向锁和轻量级锁，一种是JUC并发包下的Lock锁，synchronized锁也称对象锁，每个对象都有一个对象锁。这里通过加锁的方式实现线程安全：
5、sleep
6、wait、notify
7、join
8、yeild
9、priority
10、中断
对于一个正常运行的线程中，中断基本是没有作用的，只是作为一个标志位来查询。而线程的其他几种状态下如sleep、join、wait状态下是可以被中断，并且通过中断来跳出当前状态 的。
11、死锁
死锁指的是，两个线程互相等待对方释放资源导致卡死。

何时需要多线程
程序需要同时执行两个或多个任务。
程序需要实现一些需要等待的任务时，如用户输入、文件读写
操作、网络操作、搜索等。
需要一些后台运行的程序时。

线程的创建和启动
Java语言的JVM允许程序运行多个线程，它通过java.lang.Thread
类来体现。
Thread类的特性
每个线程都是通过某个特定Thread对象的run()方法来完成操作的，经常
把run()方法的主体称为线程体
通过该Thread对象的start()方法来启动这个线程，而非直接调用run()

Thread类
构造器
Thread()：创建新的Thread对象
Thread(String threadname)：创建线程并指定线程实例名
Thread(Runnable target)：指定创建线程的目标对象，它实现了Runnable接
口中的run方法
Thread(Runnable target, String name)：创建新的Thread对象

API中创建线程的两种方式

JDK1.5之前创建新执行线程有两种方法：
继承Thread类的方式
实现Runnable接口的方式
方式一：继承Thread类

1. 定义子类继承Thread类。
2. 子类中重写Thread类中的run方法。
3. 创建Thread子类对象，即创建了线程对象。
4. 调用线程对象start方法：启动线程，调用run方法
   注意点：

1. 如果自己手动调用run()方法，那么就只是普通方法，没有启动多线程模式。
2. run()方法由JVM调用，什么时候调用，执行的过程控制都有操作系统的CPU
   调度决定。
3. 想要启动多线程，必须调用start方法。
4. 一个线程对象只能调用一次start()方法启动，如果重复调用了，则将抛出以上
   的异常“IllegalThreadStateException”。

方式二：实现Runnable接口

1. 定义子类，实现Runnable接口。
2. 子类中重写Runnable接口中的run方法。
3. 通过Thread类含参构造器创建线程对象。
4. 将Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造器中。
5. 调用Thread类的start方法：开启线程，调用Runnable子类接口的run方法

Thread类的有关方法
void start(): 启动线程，并执行对象的run()方法
run(): 线程在被调度时执行的操作
String getName(): 返回线程的名称
void setName(String name):设置该线程名称
static Thread currentThread(): 返回当前线程。在Thread子类中就
是this，通常用于主线程和Runnable实现类
static void yield()：线程让步
暂停当前正在执行的线程，把执行机会让给优先级相同或更高的线程
若队列中没有同优先级的线程，忽略此方法
join() ：当某个程序执行流中调用其他线程的 join() 方法时，调用线程将
被阻塞，直到 join() 方法加入的 join 线程执行完为止
低优先级的线程也可以获得执行
static void sleep(long millis)：(指定时间:毫秒)
令当前活动线程在指定时间段内放弃对CPU控制,使其他线程有机会被执行,时间到后
重排队。
抛出InterruptedException异常
stop(): 强制线程生命期结束，不推荐使用
boolean isAlive()：返回boolean，判断线程是否还活着

Java的调度方法
同优先级线程组成先进先出队列（先到先服务），使用时间片策略
对高优先级，使用优先调度的抢占式策略

线程的优先级等级
MAX_PRIORITY：10
MIN _PRIORITY：1
NORM_PRIORITY：5
涉及的方法
getPriority() ：返回线程优先值
setPriority(int newPriority) ：改变线程的优先级
说明
线程创建时继承父线程的优先级
低优先级只是获得调度的概率低，并非一定是在高优先级线程之后才被调用

JDK中用Thread.State类定义了线程的几种状态

要想实现多线程，必须在主线程中创建新的线程对象。Java语言使用Thread类
及其子类的对象来表示线程，在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五
种状态：
新建： 当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建
状态
就绪：处于新建状态的线程被start()后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已
具备了运行的条件，只是没分配到CPU资源
运行：当就绪的线程被调度并获得CPU资源时,便进入运行状态， run()方法定义了线
程的操作和功能
阻塞：在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出 CPU 并临时中
止自己的执行，进入阻塞状态
死亡：线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束

源码:

public enum State {
      
        NEW,

        
        RUNNABLE,

      
        BLOCKED,

   
        WAITING,

   
        TIMED_WAITING,

  
        TERMINATED;
    }

多线程安全问题

当多条语句在操作同一个线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有
执行完，另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。

Synchronized的使用方法
Java对于多线程的安全问题提供了专业的解决方式：同步机制

1. 同步代码块：

synchronized (对象){
// 需要被同步的代码；
}

2. synchronized还可以放在方法声明中，表示整个方法为同步方法。
   例如：

public synchronized void show (String name){
….
}

同步机制中的锁
在《Thinking in Java》中，是这么说的：对于并发工作，你需要某种方式来防
止两个任务访问相同的资源（其实就是共享资源竞争）。 防止这种冲突的方法
就是当资源被一个任务使用时，在其上加锁。第一个访问某项资源的任务必须
锁定这项资源，使其他任务在其被解锁之前，就无法访问它了，而在其被解锁
之时，另一个任务就可以锁定并使用它了。
synchronized的锁是什么？
任意对象都可以作为同步锁。所有对象都自动含有单一的锁（监视器）。
同步方法的锁：静态方法（类名.class）、非静态方法（this）
同步代码块：自己指定，很多时候也是指定为this或类名.class
注意：
必须确保使用同一个资源的多个线程共用一把锁，这个非常重要，否则就
无法保证共享资源的安全
一个线程类中的所有静态方法共用同一把锁（类名.class），所有非静态方
法共用同一把锁（this），同步代码块（指定需谨慎）
同步的范围
1、如何找问题，即代码是否存在线程安全？（非常重要）
（1）明确哪些代码是多线程运行的代码
（2）明确多个线程是否有共享数据
（3）明确多线程运行代码中是否有多条语句操作共享数据
2、如何解决呢？（非常重要）
对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完，在执行过程中，其
他线程不可以参与执行。
即所有操作共享数据的这些语句都要放在同步范围中
3、切记：
范围太小：没锁住所有有安全问题的代码
范围太大：没发挥多线程的功能。

释放锁的操作
当前线程的同步方法、同步代码块执行结束。
当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、
该方法的继续执行。
当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导
致异常结束。
当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法，当前线
程暂停，并释放锁

不会释放锁的操作
线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、
Thread.yield()方法暂停当前线程的执行
线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程
挂起，该线程不会释放锁（同步监视器）。
应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程
suspend()方法
①当某个线程的suspend()方法被调用时，该线程会被挂起。如果该线程占有了锁，则它不会释放锁。即，线程在挂起的状态下还持有锁。
②suspend()已经是一个过时的方法了。

线程的死锁问题
死锁
不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃
自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁
出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于
阻塞状态，无法继续
解决方法
专门的算法、原则
尽量减少同步资源的定义
尽量避免嵌套同步

Lock(锁)
从JDK 5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同
步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当。
java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的
工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象
加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象。
ReentrantLock 类实现了 Lock ，它拥有与 synchronized 相同的并发性和
内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以
显式加锁、释放锁

class A{
private final ReentrantLock lock = new ReenTrantLock();
public void m(){
lock.lock();
    try{
    //保证线程安全的代码;
        }
       finally{
    lock.unlock();
     }
    }
}

注意：如果同步代码有异常，要将unlock()写入finally语句块

synchronized 与 Lock 的对比

1. Lock是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁），synchronized是
   隐式锁，出了作用域自动释放
2. Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁
3. 使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有
   更好的扩展性（提供更多的子类）
   优先使用顺序：
   Lock
   同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源）  同步方法
   （在方法体之外）

线程的通信

wait() 与 notify() 和 notifyAll()
wait()：令当前线程挂起并放弃CPU、同步资源并等待，使别的线程可访问并修改共享资源，而当
前线程排队等候其他线程调用notify()或notifyAll()方法唤醒，唤醒后等待重新获得对监视器的所有
权后才能继续执行。
notify()：唤醒正在排队等待同步资源的线程中优先级最高者结束等待
notifyAll ()：唤醒正在排队等待资源的所有线程结束等待.
这三个方法只有在synchronized方法或synchronized代码块中才能使用，否则会报
java.lang.IllegalMonitorStateException异常。
因为这三个方法必须有锁对象调用，而任意对象都可以作为synchronized的同步锁，
因此这三个方法只能在Object类中声明。

wait() 方法
在当前线程中调用方法： 对象名.wait()
使当前线程进入等待（某对象）状态 ，直到另一线程对该对象发出 notify
(或notifyAll) 为止。
调用方法的必要条件：当前线程必须具有对该对象的监控权（加锁）
调用此方法后，当前线程将释放对象监控权 ，然后进入等待
在当前线程被notify后，要重新获得监控权，然后从断点处继续代码的执行。
notify()/notifyAll()
在当前线程中调用方法： 对象名.notify()
功能：唤醒等待该对象监控权的一个/所有线程。
调用方法的必要条件：当前线程必须具有对该对象的监控权（加锁）

新增线程创建方式

新增方式一：实现Callable接口
与使用Runnable相比， Callable功能更强大些
相比run()方法，可以有返回值
方法可以抛出异常
支持泛型的返回值
需要借助FutureTask类，比如获取返回结果
Future接口
可以对具体Runnable、Callable任务的执行结果进行取消、查询是
否完成、获取结果等。
FutrueTask是Futrue接口的唯一的实现类
FutureTask 同时实现了Runnable, Future接口。它既可以作为
Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值

新增方式二：使用线程池
背景：经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，
对性能影响很大。
思路：提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完
放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交
通工具。
好处：
提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
便于线程管理
corePoolSize：核心池的大小
maximumPoolSize：最大线程数
keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多长时间后会终止
…
线程池相关API
JDK 5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService 和 Executors
ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
void execute(Runnable command) ：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行
Runnable
Future submit(Callable task)：执行任务，有返回值，一般又来执行
Callable
void shutdown() ：关闭连接池
Executors：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池
Executors.newCachedThreadPool()：创建一个可根据需要创建新线程的线程池
Executors.newFixedThreadPool(n); 创建一个可重用固定线程数的线程池
Executors.newSingleThreadExecutor() ：创建一个只有一个线程的线程池
Executors.newScheduledThreadPool(n)：创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运
行命令或者定期地执行。

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