Java基础—线程
推荐阅读：http://www.iteye.com/topic/806990
一、起手式——基本概念
1.什么叫线程
进程：进行中的程序；作为资源分配的单位。
线程：轻量级的进程；程序里的顺序控制流，可以理解为程序里不同的执行路径；作为调度和执行的单位
多个线程可以共享内存，共享地址。相互间的通信十分迅速
线程体为run()方法（直接调用run()视为普通方法），启动线程为start()方法
这里方法run()称为线程体， 它包含了要执行的这个线程的内容， Run方法运行结束， 此线程终止， 而CPU再运行其它线程， 而如果直接用Run方法， 这只是调用一个方法而已， 程序中依然只有主线程--这一个线程， 其程序执行路径还是只有一条， 这样就没有达到写线程的目的。
真正的多线程是指有多个CPU，而我们自己用的电脑，实际上是模拟多线程，来多个线程之间来回切换，然而由于切换的时间非常之短，所以我们所看到的就好像同时进行多个线程一样。
2.如何创建线程
1.继承Thread类，重写run()方法
线程类：Rabbit（兔子）类与Tortoise（乌龟）类：
package com.jiangbei.thread; /** * 兔子类 * @author Administrator * @date 2017/8/30 **/ public class Rabbit extends Thread { @Override public void run() { //线程体 for (int i =0; i < 100; i++){ System.out.println("兔子跑了"+i+"步"); } } } /** * 乌龟类 */ class Tortoise extends Thread { @Override public void run() { //线程体 for (int i =0; i < 100; i++){ System.out.println("乌龟跑了"+i+"步"); } } }
应用线程类方法：线程体是run()方法，启动线程是start()方法，直接调用run()是普通方法，并且启动线程并不等于运行了，具体还需要等带CPU调度
package com.jiangbei.thread; /** * 兔子类应用类 * @author Administrator * @date 2017/8/30 **/ public class RabbitApp { public static void main(String[] args) { //创建子类对象 Rabbit rabbit = new Rabbit(); Tortoise tortoise = new Tortoise(); //调用start()方法，启动线程 rabbit.start(); tortoise.start(); for(int i =0; i < 10; i++){ System.out.println("main>>>>>>"); } } }
运行结果：
2.实现Runnable接口，实现run方法（推荐）
优点：避免单继承；方便共享资源
原理是静态代理模式，将在设计模式篇中补充
实现接口的线程类：
package com.jiangbei.thread; /** * 实现Runnable接口，创建线程的类 * 真实角色类 * @author Administrator * @date 2017/8/30 **/ public class Programer implements Runnable{ @Override public void run() { for(int i = 0; i < 100; i++){ System.out.println("一边敲HelloWorld"); } } }
应用类：（步骤见代码注释）
package com.jiangbei.thread; /** * Programer应用类 * @author Administrator * @date 2017/8/30 **/ public class ProgramerApp { public static void main(String[] args) { //创建真实角色 Programer p = new Programer(); //创建代理角色+持有真实角色引用 Thread proxy = new Thread(p); //是用代理角色启动线程 proxy.start(); for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println("一边聊QQ"); } } }
结果：
匿名内部类的写法：
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Counter.inc();
}
}).start();
应用：实现接口方式模仿12306购票（方便共享资源：）
package com.jiangbei.thread.web12306; /** * 模拟Web12306抢票系统 * @author Administrator * @date 2017/8/30 **/ public class Web12306 implements Runnable{ private int num = 50; @Override public void run() { while (true) { if(num < 0){ break; } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"抢到了"+num--); } } public static void main(String[] args) { //创建真实对象 Web12306 web12306 = new Web12306(); //创建代理对象 Thread t1 = new Thread(web12306,"黄牛甲"); Thread t2 = new Thread(web12306,"黄牛乙"); Thread t3 = new Thread(web12306,"黄牛丙"); //启动线程 t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
结果：
是用可以有返回值的 Callable 接口，暂不此展开...
3.线程的五种状态
详细状态：
创建：两种方式 继承Thread类，重写run()方法；实现Runnable接口，实现run()方法。——new出一个线程
就绪：调用Thread的start()方法（第二种实现接口方式使用静态代理）
运行：得到时间片，开始运行
阻塞：遇到阻塞事件——解除阻塞回到就绪状态
终止：线程死亡，严禁使用stop()方法，而应该定义一个boolean flag，并在run()方法中判断标志进行合理结束run()方法进而结束线程。
通过外部干预实例：
package com.jiangbei.thread; /** * 测试线程状态类 * * @author Administrator * @date 2017/8/30 **/ public class ThreadStatusTest { public static void main(String[] args) { Study study = new Study(); //创建匿名代理 new Thread(study).start(); for (int i =0; i < 500; i++) { if (450 == i) { study.stop(); } System.out.println("main>>>>>>>>>"); } } } class Study implements Runnable { private boolean flag = true; @Override public void run() { while (flag){ System.out.println("Study..."); } } //对外提供停止方法 public void stop () { this.flag = false; } }
4.线程常用方法
Thread.sleep()：线程睡眠，参数为当前线程的睡眠毫秒数。（静态方法）。抱着锁睡觉
join()：线程合并，将当前线程与该线程合并，等待该线程终止；
示例：
package com.jiangbei.thread; /** * 测试Thread的常用方法 * * @author Administrator * @date 2017/8/30 **/ public class ThreadMethod extends Thread{ public static void main(String[] args) throws InterruptedException { ThreadMethod tm = new ThreadMethod(); Thread t = new Thread(tm); t.start(); for(int i = 0; i < 100; i++){ t.join();//等待线程执行完毕 System.out.println("main...."+i); } } @Override public void run() { for(int i = 0; i < 100; i++){ System.out.println("join...."+i); } } }
结果：join执行完了再走
yield() static：线程让步，当前线程让出CPU——高风亮节，牺牲自己
示例：
package com.jiangbei.thread; /** * 测试Thread的常用方法 * * @author Administrator * @date 2017/8/30 **/ public class ThreadMethod extends Thread{ public static void main(String[] args) throws InterruptedException { ThreadMethod tm = new ThreadMethod(); Thread t = new Thread(tm); t.start(); for(int i = 0; i < 100; i++){ if (i%20 == 0) { //被20整除 Thread.yield();//暂停本线程，也就是main } System.out.println("main...."+i); } } @Override public void run() { for(int i = 0; i < 100; i++){ System.out.println("yield...."+i); } } }
结果：没有真正的暂停，如果CPU又调度掉了它，那么它将继续执行，取决于CPU的算法
sleep() static：线程休眠，暂停当前线程，休眠多少秒。——抱着锁睡觉（排它锁）
用于倒计时与模拟延时等
示例：模拟网络延时的时候可能会存在数据不准确（资源冲突）
public static void main(String[] args) throws InterruptedException { int num = 10; while (true) { System.out.println(num--); Thread.sleep(1000); //睡眠1秒,主线程睡眠 if(num <= 0){ break; } } }
wait()：线程等待，当前线程进入wait pool 线程等待池。放弃锁等待
notify()/notifyAll():线程唤醒，唤醒等待池中的一个/所有线程
currentThread() getName() isAlive() NORM_PRIORITY setPriority(int newPriority)
详细介绍，请参见 JDK-API
5.线程同步
多线程的访问的情况下，由于出现多条路径，就可能会出现访问同一份资源的线程安全问题——对共享资源的访问控制
以之前的12306抢票为例：
线程不安全
package com.jiangbei.thread.web12306; /** * 模拟Web12306抢票系统 * @author Administrator * @date 2017/8/30 **/ public class Web12306 implements Runnable{ private int num = 50; private boolean flag = true; @Override public void run() { while (flag) { test1(); // test2(); } } //测试方法1：线程不安全 public void test1() { if(num <= 0){ flag = false; return; } try { Thread.sleep(200);//睡眠1秒，存在线程不安全 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"抢到了"+num--); } //测试方法2：线程安全 public synchronized void test2 (){ if(num <= 0){ flag = false; return; } try { Thread.sleep(200);//睡眠1秒，存在线程不安全 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"抢到了"+num--); } public static void main(String[] args) { //创建真实对象 Web12306 web12306 = new Web12306(); //创建代理对象 Thread t1 = new Thread(web12306,"黄牛甲"); Thread t2 = new Thread(web12306,"黄牛乙"); Thread t3 = new Thread(web12306,"黄牛丙"); //启动线程 t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
结果：3个代理黄牛，导致结果不准确！
线程安全同步方法 ：运行上述代码test2()
结果：加入同步方法，牺牲了效率，换来了安全
同步块：只能锁包装类（例如this），同步块必须谨慎选择同步范围
//测试方法3：利用同步块 public void test3 (){ synchronized(this){ if(num <= 0){ flag = false; return; } try { Thread.sleep(200);//睡眠1秒，存在线程不安全 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"抢到了"+num--); } }
典型应用：单例模式-doublechecking——更多的介绍，将会在设计模式篇进一步讲解
懒汉式：
package com.jiangbei.thread; /** * 线程同步Demo，单例模式运用 * 作者： Administrator * 日期： 2017/8/30 **/ public class SynDemo { public static void main(String[] args) { Jvm jvm1 = Jvm.getIntance(); Jvm jvm2 = Jvm.getIntance(); System.out.println(jvm1); System.out.println(jvm2); } } /* 单例模式-懒汉式 1.构造器私有化，避免外部创建对象 2.声明私有静态变量 3.创建公有静态方法，对外提供对静态变量的访问 */ class Jvm { //声明私有静态变量 private static Jvm instance = null; //构造器私有化 private Jvm(){ } //对外提供公有静态方法用于获取 public static Jvm getIntance() { if (null == instance) { instance = new Jvm(); } return instance; } }
单线程下，完全没有问题：
稍微修改单例的方法，模拟延时；此时多线程下便会发生线程安全问题，导致单例失效！
//对外提供公有静态方法用于获取 public static Jvm getIntance() { if (null == instance) { try { Thread.sleep(1000);//模拟延时 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } instance = new Jvm(); } return instance; }
//可以创建一个线程类，定义方法获取实例，创建两个线程对象进行访问，便可以发现问题，当某个线程延时时，可能另外一个线程也通过了空判断，导致两次创建对象！
最简单的处理方式是改造为同步方法：
//对外提供公有静态方法用于获取 public static synchronized Jvm getIntance() { if (null == instance) { try { Thread.sleep(1000);//模拟延时 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } instance = new Jvm(); } return instance; }
我们这里来使用同步块，由于静态方法里面没有 this，我们只能锁字节码，类.class：
//对外提供公有静态方法用于获取 public static Jvm getIntance() { synchronized(Jvm.class) { if (null == instance) { try { Thread.sleep(1000);//模拟延时 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } instance = new Jvm(); } return instance; } }
由于上面锁字节码信息任何时候都需要等（即使存在对象），效率非常低，我们加一重判断：
public static Jvm getIntance() { if(null == instance) { synchronized (Jvm.class) { if (null == instance) { try { Thread.sleep(1000);//模拟延时 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } instance = new Jvm(); } } } return instance; }
//我们对段代码稍作分析：假设a,b两个线程同时进来，假设都为空，都经过了第一重检查，此时假设a先进入锁区域，创建了对象，释放锁离开
然后b进来，再次检查时发现对象不为空，对象已经创建，直接离开。
这就是double check：
public Resource getResource() { if (resource == null) { synchronized(this){ if (resource==null) { resource = new Resource(); } } } return resource; }
对象互斥锁：synchronized(obj) 保证同一时刻只能有一个线程访问该对象，从而保证了共享数据的操作完整性。
同步一般分为两类(注意死锁问题)：
同步方法
public synchronized void fun1(){}
同步方法拿的对象的锁，即一个线程进入同步方法A后，其它线程不能进入同步方法B
同步块
synchronized(this){}
解决线程死锁的问题最好只锁定一个对象，不要同时锁定两个对象
经典的生产者消费者模型，请参见：http://www.cnblogs.com/myhomepages/archive/2016/11/03/6028663.html
二、白鹤亮翅——高级线程类与关键字
1.volatile
用volatile修饰的变量，线程在每次使用变量的时候，都会读取变量修改后的最的值。
基本原理：
多线程的内存模型：main memory（主存）、working memory（线程栈），在处理数据时，线程会把值从主存load到本地栈，完成操作后再save回去(volatile关键词的作用：每次针对该变量的操作都激发一次load and save)。完整的过程应该是：
read and load 从主存复制变量到当前工作内存
use and assign 执行代码，改变共享变量值
store and write 用工作内存数据刷新主存相关内容
本质上，volatile就是不去缓存，直接取值。
详细的底层原理解析，请参见：http://www.importnew.com/18126.html
注意：
volatile并不是原子性的，很容易被误用，关于这方面的讲解，请参见：http://www.cnblogs.com/aigongsi/archive/2012/04/01/2429166.html
2.ThreadLocal
ThreadLocal类，为每个线程维护一个独立的变量副本（应当修正） ——线程本地变量
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。常用于用户登录控制，如记录session信息。
