java 学习笔记-多线程（十一）
多线程
标签：*
基础概念
多线程是Java语言的重要特性，大量应用于网络编程、服务器端程序的开发，最常见的UI界面底层原理、操作系统底层原理都大量使用了多线程。
我们可以流畅的点击软件或者游戏中的各种按钮，其实，底层就是多线程的应用。UI界面的主线程绘制界面，如果有一个耗时的操作发生则启动新的线程，完全不影响主线程的工作。当这个线程工作完毕后，再更新到主界面上。
执行中的程序叫做进程(Process)，是一个动态的概念。现代的操作系统都可以同时启动多个进程。比如：我们在用酷狗听音乐，也可以使用eclipse写代码，也可以同时用浏览器查看网页。进程具有如下特点：
-
进程是程序的一次动态执行过程， 占用特定的地址空间。
-
每个进程由3部分组成：cpu、data、code。每个进程都是独立的，保有自己的cpu时间，代码和数据，即便用同一份程序产生好几个进程，它们之间还是拥有自己的这3样东西，这样的缺点是：浪费内存，cpu的负担较重。
-
多任务(Multitasking)操作系统将CPU时间动态地划分给每个进程，操作系统同时执行多个进程，每个进程独立运行。以进程的观点来看，它会以为自己独占CPU的使用权。
线程
一个进程可以产生多个线程。同多个进程可以共享操作系统的某些资源一样，同一进程的多个线程也可以共享此进程的某些资源(比如：代码、数据)，所以线程又被称为轻量级进程(lightweight process)。
-
一个进程内部的一个执行单元，它是程序中的一个单一的顺序控制流程。
-
一个进程可拥有多个并行的(concurrent)线程。
-
一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间，可以访问相同的变量和对象，而且它们从同一堆中分配对象并进行通信、数据交换和同步操作。
-
由于线程间的通信是在同一地址空间上进行的，所以不需要额外的通信机制，这就使得通信更简便而且信息传递的速度也更快。
-
线程的启动、中断、消亡，消耗的资源非常少。
线程和进程的区别
-
每个进程都有独立的代码和数据空间(进程上下文)，进程间的切换会有较大的开销。
-
线程可以看成是轻量级的进程，属于同一进程的线程共享代码和数据空间，每个线程有独立的运行栈和程序计数器(PC)，线程切换的开销小。
-
线程和进程最根本的区别在于：进程是资源分配的单位，线程是调度和执行的单位。
-
多进程: 在操作系统中能同时运行多个任务(程序)。
-
多线程: 在同一应用程序中有多个顺序流同时执行。
-
线程是进程的一部分，所以线程有的时候被称为轻量级进程。
-
一个没有线程的进程是可以被看作单线程的，如果一个进程内拥有多个线程，进程的执行过程不是一条线(线程)的，而是多条线(线程)共同完成的。
-
系统在运行的时候会为每个进程分配不同的内存区域，但是不会为线程分配内存(线程所使用的资源是它所属的进程的资源)，线程组只能共享资源。那就是说，除了CPU之外(线程在运行的时候要占用CPU资源)，计算机内部的软硬件资源的分配与线程无关，线程只能共享它所属进程的资源。
进程与程序的区别
程序是一组指令的集合，它是静态的实体，没有执行的含义。而进程是一个动态的实体，有自己的生命周期。一般说来，一个进程肯定与一个程序相对应，并且只有一个，但是一个程序可以有多个进程，或者一个进程都没有。除此之外，进程还有并发性和交往性。简单地说，进程是程序的一部分，程序运行的时候会产生进程。
通过继承Thread类实现多线程
继承Thread类实现多线程的步骤：
-
在Java中负责实现线程功能的类是java.lang.Thread 类。
-
可以通过创建 Thread的实例来创建新的线程。
-
每个线程都是通过某个特定的Thread对象所对应的方法run( )来完成其操作的，方法run( )称为线程体。
-
通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程。
/**
* Copyright (C), 2015-2019, 中信银行有限公司
* FileName: TestThread
* Author: willem
* Date: 2019-05-16 14:45
* Description: 通过继承thread类实现多线程
* History:
* <author> <time> <version> <desc>
* 作者姓名 修改时间 版本号 描述
*/
package com.citic.java.thread;
/**
* 〈一句话功能简述〉<br>
* 〈通过继承thread类实现多线程〉
*
* @author willem
* @create 2019-05-16
* @since 1.0.0
*/
public class TestThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 6; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
public static void main(String[] args) {
TestThread th = new TestThread();
th.start();
TestThread th1 = new TestThread();
th1.start();
}
}
通过实现Runnable接口实现多线程
在开发中，我们应用更多的是通过Runnable接口实现多线程。这种方式克服了11.2.1节中实现线程类的缺点，即在实现Runnable接口的同时还可以继承某个类。所以实现Runnable接口的方式要通用一些。
线程状态
一个线程对象在它的生命周期内，需要经历5个状态。
▪ 新生状态(New)
用new关键字建立一个线程对象后，该线程对象就处于新生状态。处于新生状态的线程有自己的内存空间，通过调用start方法进入就绪状态。
▪ 就绪状态(Runnable)
处于就绪状态的线程已经具备了运行条件，但是还没有被分配到CPU，处于“线程就绪队列”，等待系统为其分配CPU。就绪状态并不是执行状态，当系统选定一个等待执行的Thread对象后，它就会进入执行状态。一旦获得CPU，线程就进入运行状态并自动调用自己的run方法。有4中原因会导致线程进入就绪状态：
-
新建线程：调用start()方法，进入就绪状态;
-
阻塞线程：阻塞解除，进入就绪状态;
-
运行线程：调用yield()方法，直接进入就绪状态;
-
运行线程：JVM将CPU资源从本线程切换到其他线程。
▪ 运行状态(Running)
在运行状态的线程执行自己run方法中的代码，直到调用其他方法而终止或等待某资源而阻塞或完成任务而死亡。如果在给定的时间片内没有执行结束，就会被系统给换下来回到就绪状态。也可能由于某些“导致阻塞的事件”而进入阻塞状态。
▪ 阻塞状态(Blocked)
阻塞指的是暂停一个线程的执行以等待某个条件发生(如某资源就绪)。有4种原因会导致阻塞：
-
执行sleep(int millsecond)方法，使当前线程休眠，进入阻塞状态。当指定的时间到了后，线程进入就绪状态。
-
执行wait()方法，使当前线程进入阻塞状态。当使用nofity()方法唤醒这个线程后，它进入就绪状态。
-
线程运行时，某个操作进入阻塞状态，比如执行IO流操作(read()/write()方法本身就是阻塞的方法)。只有当引起该操作阻塞的原因消失后，线程进入就绪状态。
-
join()线程联合: 当某个线程等待另一个线程执行结束后，才能继续执行时，使用join()方法。
▪ 死亡状态(Terminated)
死亡状态是线程生命周期中的最后一个阶段。线程死亡的原因有两个。一个是正常运行的线程完成了它run()方法内的全部工作; 另一个是线程被强制终止，如通过执行stop()或destroy()方法来终止一个线程(注：stop()/destroy()方法已经被JDK废弃，不推荐使用)。
当一个线程进入死亡状态以后，就不能再回到其它状态了。
线程终止的典型方式
终止线程我们一般不使用JDK提供的stop()/destroy()方法(它们本身也被JDK废弃了)。通常的做法是提供一个boolean型的终止变量，当这个变量置为false，则终止线程的运行。
【示例11-3】终止线程的典型方法(重要)
/**
* Copyright (C), 2015-2019, 中信银行有限公司
* FileName: TestThreadCiycle
* Author: willem
* Date: 2019-05-16 15:34
* Description: 终止线程的典型方法(重要)
* History:
* <author> <time> <version> <desc>
* 作者姓名 修改时间 版本号 描述
*/
package com.citic.java.thread;
/**
* 〈一句话功能简述〉<br>
* 〈终止线程的典型方法(重要)〉
*
* @author willem
* @create 2019-05-16
* @since 1.0.0
*/
public class TestThreadCiycle implements Runnable {
String name;
//标记线程是否终止
boolean live = true;
@Override
public void run() {
int i = 0;
while(live){
System.out.println(name+(i++));
}
}
public void terminate(){
live = false;
}
public static void main(String[] args) {
TestThreadCiycle ttc = new TestThreadCiycle();
Thread thread = new Thread(ttc);
thread.start();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("主线程"+i);
}
ttc.terminate();
System.out.println("tcc stop");
}
}
暂停线程执行sleep/yield
暂停线程执行常用的方法有sleep()和yield()方法，这两个方法的区别是：
-
sleep()方法：可以让正在运行的线程进入阻塞状态，直到休眠时间满了，进入就绪状态。
-
yield()方法：可以让正在运行的线程直接进入就绪状态，让出CPU的使用权。
线程的联合join()
线程A在运行期间，可以调用线程B的join()方法，让线程B和线程A联合。这样，线程A就必须等待线程B执行完毕后，才能继续执行。如下面示例中，“爸爸线程”要抽烟，于是联合了“儿子线程”去买烟，必须等待“儿子线程”买烟完毕，“爸爸线程”才能继续抽烟。
获取线程基本信息的方法
线程的优先级
-
处于就绪状态的线程，会进入“就绪队列”等待JVM来挑选。
-
线程的优先级用数字表示，范围从1到10，一个线程的缺省优先级是 5。
-
使用下列方法获得或设置线程对象的优先级。
int getPriority();
void setPriority(int newPriority);
注意：优先级低只是意味着获得调度的概率低。并不是绝对先调用优先级高的线程后调用优先级低的线程。
线程同步的概念
处理多线程问题时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象。 这时候，我们就需要用到“线程同步”。 线程同步其实就是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前面的线程使用完毕后，下一个线程再使用。
实现线程同步
由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突的问题。Java语言提供了专门机制以解决这种冲突，有效避免了同一个数据对象被多个线程同时访问造成的这种问题。
由于我们可以通过 private 关键字来保证数据对象只能被方法访问，所以我们只需针对方法提出一套机制，这套机制就是synchronized关键字，它包括两种用法：synchronized 方法和 synchronized 块。
▪ synchronized 方法
通过在方法声明中加入 synchronized关键字来声明，语法如下：
public synchronized void accessVal(int newVal);
synchronized 方法控制对“对象的类成员变量”的访问：每个对象对应一把锁，每个 synchronized 方法都必须获得调用该方法的对象的锁方能执行，否则所属线程阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到从该方法返回时才将锁释放，此后被阻塞的线程方能获得该锁，重新进入可执行状态。
▪ synchronized块
synchronized 方法的缺陷：若将一个大的方法声明为synchronized 将会大大影响效率。
Java 为我们提供了更好的解决办法，那就是 synchronized 块。 块可以让我们精确地控制到具体的“成员变量”，缩小同步的范围，提高效率。
synchronized 块：通过 synchronized关键字来声明synchronized 块，语法如下：
synchronized(syncObject)
{
//允许访问控制的代码
}
死锁的概念
“死锁”指的是：
多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能进行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形。
因此， 某一个同步块需要同时拥有“两个以上对象的锁”时，就可能会发生“死锁”的问题。下面案例中，“化妆线程”需要同时拥有“镜子对象”、“口红对象”才能运行同步块。那么，实际运行时，“小丫的化妆线程”拥有了“镜子对象”，“大丫的化妆线程”拥有了“口红对象”，都在互相等待对方释放资源，才能化妆。这样，两个线程就形成了互相等待，无法继续运行的“死锁状态”。
死锁的解决方法
死锁是由于“同步块需要同时持有多个对象锁造成”的，要解决这个问题，思路很简单，就是：同一个代码块，不要同时持有两个对象锁。
线程并发协作(生产者/消费者模式)
多线程环境下，我们经常需要多个线程的并发和协作。这个时候，就需要了解一个重要的多线程并发协作模型“生产者/消费者模式”。
Ø 什么是生产者?
生产者指的是负责生产数据的模块(这里模块可能是：方法、对象、线程、进程)。
Ø 什么是消费者?
消费者指的是负责处理数据的模块(这里模块可能是：方法、对象、线程、进程)。
Ø 什么是缓冲区?
消费者不能直接使用生产者的数据，它们之间有个“缓冲区”。生产者将生产好的数据放入“缓冲区”，消费者从“缓冲区”拿要处理的数据。
缓冲区是实现并发的核心，缓冲区的设置有3个好处：
Ø 实现线程的并发协作
有了缓冲区以后，生产者线程只需要往缓冲区里面放置数据，而不需要管消费者消费的情况;同样，消费者只需要从缓冲区拿数据处理即可，也不需要管生产者生产的情况。 这样，就从逻辑上实现了“生产者线程”和“消费者线程”的分离。
Ø 解耦了生产者和消费者
生产者不需要和消费者直接打交道。
Ø 解决忙闲不均，提高效率
生产者生产数据慢时，缓冲区仍有数据，不影响消费者消费;消费者处理数据慢时，生产者仍然可以继续往缓冲区里面放置数据 。
线程并发协作总结：
线程并发协作(也叫线程通信)，通常用于生产者/消费者模式，情景如下：
-
生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件。
-
对于生产者，没有生产产品之前，消费者要进入等待状态。而生产了产品之后，又需要马上通知消费者消费。
-
对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经消费结束，需要继续生产新产品以供消费。
-
在生产者消费者问题中，仅有synchronized是不够的。
· synchronized可阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步;
· synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递(通信)。
- 那线程是通过哪些方法来进行消息传递(通信)的呢?见如下总结：
6.以上方法均是java.lang.Object类的方法;
都只能在同步方法或者同步代码块中使用，否则会抛出异常。
任务调度
通过Timer和Timetask，我们可以实现定时启动某个线程。
- java.util.Timer
在这种实现方式中，Timer类作用是类似闹钟的功能，也就是定时或者每隔一定时间触发一次线程。其实，Timer类本身实现的就是一个线程，只是这个线程是用来实现调用其它线程的。
- java.util.TimerTask
TimerTask类是一个抽象类，该类实现了Runnable接口，所以该类具备多线程的能力。
在这种实现方式中，通过继承TimerTask使该类获得多线程的能力，将需要多线程执行的代码书写在run方法内部，然后通过Timer类启动线程的执行。
总结：
-
程序：Java源程序和字节码文件被称为“程序(Program)”，是一个静态的概念。
-
进程：执行中的程序叫做进程(Process)，是一个动态的概念。每个进程由3部分组成：cpu、data、code。
-
线程：是进程中一个“单一的连续控制流程 (a single sequential flow of control)”。
-
在Java中实现多线程的方式：
▪ 继承Thread类实现多线程
▪ 实现Runnable接口实现多线程
-
线程的状态：
▪ 新生状态
▪ 就绪状态
▪ 运行状态
▪ 死亡状态
▪ 阻塞状态
-
暂停线程执行的方法:
▪ sleep()
▪ yield()
▪ join()
-
实现线程同步的两种方式：
▪ synchronized 方法 ：
public synchronized void accessVal(int newVal);
▪ synchronized 块：
synchronized(syncObject)
{
//允许访问控制的代码
}
8. 同步解决问题的另一种典型方式：生产者/消费者模式。
-
线程通信的方法：
▪ wait()
▪ notify()
▪ notifyAll()
都是Object类的方法，只能在同步方法和同步代码块中使用。
