java 并发相关(1) - 线程基本介绍

注 ：示例图片来源于网络

1. 线程的基本概念

• 进程

一个程序启动，Linux系统会给程序分配一个进程，并且分配给进程一些内存资源，启动一个jar包，就会创建这个jar包的进程；线程可以看做进程的一个顺序执行的指令流，一个进程可以创建多个线程，同一个进程创建的线程共享进程的内存资源，不同进程创建的线程是相互隔离的。

进程是系统资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域。

• 线程

线程可以看做一段顺序的指令序列，每个线程都有自己独立的堆栈和局部变量，多个线程之间共享父进程的地址空间和资源；创建线程的资源开销少，线程间的切换损耗少，所以java中采用多线程形式实现并发。

线程是CPU调度的基本单位，依附于进程。

• java 并发编程

java实现的并发编程，即多个线程可以同时执行工作，提高cpu的使用效率，减少任务执行的总耗时；但多线程编程，也会带来缓存不一致，操作顺序难以控制的线程安全问题。

根据运行环境CPU的不同，可以分为单核CPU并发(时间片轮转)、多核CPU并行两种。

• 多线程的应用场景

web服务器多个线程处理请求、后台任务、异步处理等场景。

2. 如何创建一个线程

java中主要通过下面三种方式创建一个线程:

注：无论通过哪一种方式创建一个线程，java中都是使用Runnable接口的run()方法做线程的执行体，最后都需要new一个Thread对象来创建线程。

• 继承Thread类

java创建一个线程是通过新建一个Thread对象实现的，继承Thread类创建线程，会存在java单继承的局限性。

public class MyThread extends Thread {

    public MyThread(){}

    public MyThread(ThreadGroup group, String name){
        super(group,name);
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("This is Mythread, name is "+ getName() + ",ThreadGroup is " + getThreadGroup());
    }

}

• 实现Runnable接口

实现一个Runnable接口创建线程，重写run方法，缺点是没有返回值。

public class MyRunnable implements Runnable{

    @Override
    public void run(){
        System.out.println("This is MyRunnable name is "+Thread.currentThread().getName());
    }
}

• 实现Callable接口

实现一个call接口创建线程，需要和Future接口及相关的实现工具类FutureTask来实现一个有返回值的线程。

public class MyCallable implements Callable<String> {

    @Override
    public String call() {
        System.out.println("This is MyCallable name is "+Thread.currentThread().getName());

        return "MyCallable";
    }
}

        MyCallable callable = new MyCallable();
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(callable);
        new Thread(futureTask, "futureTask").start();

        try {
            System.out.println("拿到callable返回值：" + futureTask.get());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }

• 三者区别

1、Runnable和Callable采用接口形式执行线程任务，比直接继承Thread执行线程任务更加灵活。
2、Runnable是一个没有返回值的线程任务，Callable是有返回值的线程任务。
3、Callabe接口一般和Future接口的实现类来组合实现一个有返回值的异步编程，Future接口的实现类有：FutureTask、CompletableFuture。

3. 线程的一些关键属性

• name：线程名称，可以重复，若没有指定会自动生成。

• id：线程ID，一个全局唯一的正long值，创建线程时指定，终生不变，线程终结时ID可以复用。

• priority：线程优先级，取值为1到10，线程优先级越高，执行的可能越大(跟CPU的线程调度模式有关)，优先级还跟运行环境有关，若运行环境不支持优先级分10级，如只支持5级，那么设置5和设置6有可能是一样的。

  线程调度模式：java中采用抢占式调度

  1、分时调度模式：所有线程轮流使用CPU，平均分配每个线程占用的CPU时间片。

  2、抢占式调度模式：优先让优先级高的线程使用CPU，优先级高的线程获取CPU的时间片会多一些。

• state：线程状态，Thread.State枚举类型，有NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING、TERMINATED 6种，后续第4点详细介绍。

• daemon：布尔值,是否为守护线程，java中线程分为两类：守护线程(true)和用户线程(false)。

  1、用户线程：一般我们创建的线程都是用户线程，当JVM中的用户线程全部执行完毕，JVM也会关闭。

  2、守护线程：只要JVM尚有一个非守护线程没有结束，守护线程就进行工作，守护线程随着JVM关闭而结束，典型例子：GC。

• ThreadGroup：所属线程组，一个线程必然有所属线程组，线程组被设定为管理线程的一些属性，提供了一些管理线程组旗下线程的api方法和统一异常设置等。

线程组以树形结构存在，每个线程组都有一组子线程和子线程组。

• UncaughtExceptionHandler：未捕获异常时的处理器，默认没有，线程出现错误后会立即终止当前线程运行，并打印错误。

4 线程的状态转换

• 线程定义的状态有六种:

Thread.State	Thread中定义的几种状态
NEW	尚未启动的线程状态，即线程创建，还未调用start方法
RUNNABLE	就绪状态ready（调用start，等待调度）+正在运行running
BLOCKED	等待监视器锁时，陷入阻塞状态
WAITING	等待状态的线程正在等待另一线程执行特定的操作（如notify）
TIMED_WAITING	具有指定等待时间的等待状态
TERMINATED	线程完成执行，终止状态

• 状态转化图：
  

• 锁池和等待池

其实线程竞争锁都是在线程处于运行态尝试获取CPU资源执行线程任务的时候发生锁的竞争。

锁池:假设线程A已经拥有了某个对象(注意:不是类)的锁，而其它的线程想要调用这个对象的某个synchronized方法(或者synchronized块)，由于这些线程在进入对象的synchronized方法之前必须先获得该对象的锁的拥有权，但是该对象的锁目前正被线程A拥有，所以这些线程就进入了该对象的锁池中。

等待池:假设一个线程A调用了某个对象的wait()方法，线程A就会释放该对象的锁后，进入到了该对象的等待池中

• wait()方法和sleep()方法

wait()和sleep()区别

1.wait()来自Object类，sleep()来自Thread类

2.调用 sleep()方法，线程不会释放对象锁。而调用 wait() 方法线程会释放对象锁；

3.sleep()睡眠后不出让系统资源，wait()让其他线程可以占用 CPU；

4.sleep(millionseconds)需要指定一个睡眠时间，时间一到会自然唤醒。而wait()需要配合notify()或者notifyAll()使用

5.notify()随机释放一个线程从等待池到锁池，notifyAll()释放所有的线程从等待池到锁池。

6.wait()方法只能在持有该对象monitor对象的时候使用。

5. Thread类的一些相关方法的源码

5.1 Thread(...args[])构造函数(实际调用init()方法,构造方法不涉及到初始化逻辑，需要的话进行统一封装)

init()方法（源码省略）：可以看出子线程继承父线程的优先级、是否守护线程、父线程的线程组、可继承ThreadLocal等属性。