Java多线程知识小抄集(一)

本文主要整理平时遇到的Java多线程的相关知识点,适合速记,故命名为“小抄集”。本文没有特别重点,每一项针对一个多线程知识做一个概要性总结,也有一些会带一点例子,习题方便理解和记忆。

1. interrupted与isInterrupted的区别

interrupted():测试当前线程是否已经是中断状态,执行后具有状态标志清除为false的功能。 isInterrupted():测试线程Thread对象是否已经是中断状态,但不清除状态标志。 方法:

2. 终止正在运行的线程的三种方法:

  • 使用退出标志,是线程正常退出,也就是当run方法完成后线程终止;
  • 使用stop方法强行终止线程,但是不推荐使用这个方法,因为stop和suspend及resume一样都是作废过期的方法,使用它们可能产生不可预料的结果;
  • 使用interrupt方法中断线程;(推荐)

3. yield方法

yield()方法的作用是放弃当前的CPU资源,将它让给其他的任务去占用CPU执行时间。但放弃时间不确定,有可能刚刚放弃,马上又获得CPU时间片。这里需要注意的是yield()方法和sleep方法一样,线程并不会让出锁,和wait不同

4. 线程的优先级

Java中线程的优先级分为1-10这10个等级,如果小于1或大于10则JDK抛出IllegalArgumentException()的异常,默认优先级是5。在Java中线程的优先级具有继承性,比如A线程启动B线程,则B线程的优先级与A是一样的。注意程序正确性不能依赖线程的优先级高低,因为操作系统可以完全不理会Java线程对于优先级的决定。

5. Java中线程的状态

New, Runnable, Blocked, Waiting, Time_waiting, Terminated.

6. 守护线程

Java中有两种线程,一种是用户线程,另一种是守护线程。当进程中不存在非守护线程了,则守护线程自动销毁。通过setDaemon(true)设置线程为后台线程。注意thread.setDaemon(true)必须在thread.start()之前设置,否则会报IllegalThreadStateException异常;在Daemon线程中产生的新线程也是Daemon的;在使用ExecutorSerice等多线程框架时,会把守护线程转换为用户线程,并且也会把优先级设置为Thread.NORM_PRIORITY。在构建Daemon线程时,不能依靠finally块中的内容来确保执行关闭或清理资源的逻辑。

7. synchronized的类锁与对象锁

类锁:在方法上加上static synchronized的锁,或者synchronized(xxx.class)的锁。如下代码中的method1和method2: 对象锁:参考method4, method5,method6.

注意方法method4和method5中的同步块也是互斥的。 下面做一道习题来加深一下对对象锁和类锁的理解: 有一个类这样定义

那么,有SynchronizedTest的两个实例a和b,对于一下的几个选项有哪些能被一个以上的线程同时访问呢? A. a.method1() vs. a.method2() B. a.method1() vs. b.method1() C. a.method3() vs. b.method4() D. a.method3() vs. b.method3() E. a.method1() vs. a.method3() 答案是什么呢?BE

8. 同步不具备继承性

当一个线程执行的代码出现异常时,其所持有的锁会自动释放。同步不具有继承性(声明为synchronized的父类方法A,在子类中重写之后并不具备synchronized的特性)。

9. wait, notify, notifyAll用法

只能在同步方法或者同步块中使用wait()方法。在执行wait()方法后,当前线程释放锁(这点与sleep和yield方法不同)。调用了wait函数的线程会一直等待,知道有其他线程调用了同一个对象的notify或者notifyAll方法才能被唤醒,需要注意的是:被唤醒并不代表立刻获得对象的锁,要等待执行notify()方法的线程执行完,即退出synchronized代码块后,当前线程才会释放锁,而呈wait状态的线程才可以获取该对象锁。

如果调用wait()方法时没有持有适当的锁,则抛出IllegalMonitorStateException,它是RuntimeException的一个子类,因此,不需要try-catch语句进行捕获异常。

notify方法只会(随机)唤醒一个正在等待的线程,而notifyAll方法会唤醒所有正在等待的线程。如果一个对象之前没有调用wait方法,那么调用notify方法是没有任何影响的。

带参数的wait(long timeout)或者wait(long timeout, int nanos)方法的功能是等待某一时间内是否有线程对锁进行唤醒,如果超过这个时间则自动唤醒。

10. 管道

在Java中提供了各种各样的输入/输出流Stream,使我们能够很方便地对数据进行操作,其中管道流(pipeStream)是一种特殊的流,用于在不同线程间直接传送数据。一个线程发送数据到输出管道,另一个线程从输入管道中读数据,通过使用管道,实现不同线程间的通信,而无须借助类似临时文件之类的东西。在JDK中使用4个类来使线程间可以进行通信:PipedInputStream, PipedOutputStream, PipedReader, PipedWriter。使用代码类似inputStream.connect(outputStream)或outputStream.connect(inputStream)使两个Stream之间产生通信连接。

11. join方法

如果一个线程A执行了thread.join()语句,其含义是:当前线程A等待thread线程终止之后才从thread.join()返回。join与synchronized的区别是:join在内部使用wait()方法进行等待,而synchronized关键字使用的是“对象监视器”做为同步。 join提供了另外两种实现方法:join(long millis)和join(long millis, int nanos),至多等待多长时间而退出等待(释放锁),退出等待之后还可以继续运行。内部是通过wait方法来实现的。

可以参考一下一个例子:

运行结果:

12.ThreadLocal

ThreadLocal可以实现每个线程绑定自己的值,即每个线程有各自独立的副本而互相不受影响。一共有四个方法:get, set, remove, initialValue。可以重写initialValue()方法来为ThreadLocal赋初值。如下:

ThreadLocal建议设置为static类型的。 使用类InheritableThreadLocal可以在子线程中取得父线程继承下来的值。可以采用重写childValue(Object parentValue)方法来更改继承的值。 查看案例:

运行结果:

如果去掉@Override protected Object childValue(Object parentValue)方法运行结果:

注意:在线程池的情况下,在ThreadLocal业务周期处理完成时,最好显式的调用remove()方法,清空”线程局部变量”中的值。正常情况下使用ThreadLocal不会造成内存溢出,弱引用的只是threadLocal,保存的值依然是强引用的,如果threadLocal依然被其他对象强引用,”线程局部变量”是无法回收的。

13. ReentrantLock

ReentrantLock提供了tryLock方法,tryLock调用的时候,如果锁被其他线程持有,那么tryLock会立即返回,返回结果为false;如果锁没有被其他线程持有,那么当前调用线程会持有锁,并且tryLock返回的结果为true。

可以在构造ReentranLock时使用公平锁,公平锁是指多个线程在等待同一个锁时,必须按照申请锁的先后顺序来一次获得锁。synchronized中的锁时非公平的,默认情况下ReentrantLock也是非公平的,但是可以在构造函数中指定使用公平锁。

对于ReentrantLock来说,还有一个十分实用的特性,它可以同时绑定多个Condition条件,以实现更精细化的同步控制。 ReentrantLock使用方式如下:

14. ReentrantLock中的其余方法

  • int getHoldCount():查询当前线程保持此锁定的个数,也就是调用lock()方法的次数。
  • int getQueueLength():返回正等待获取此锁定的线程估计数。比如有5个线程,1个线程首先执行await()方法,那么在调用getQueueLength方法后返回值是4,说明有4个线程在等待lock的释放。
  • int getWaitQueueLength(Condition condition):返回等待此锁定相关的给定条件Condition的线程估计数。比如有5个线程,每个线程都执行了同一个condition对象的await方法,则调用getWaitQueueLength(Condition condition)方法时返回的int值是5。
  • boolean hasQueuedThread(Thread thread):查询指定线程是否正在等待获取此锁定。
  • boolean hasQueuedThreads():查询是否有线程正在等待获取此锁定。
  • boolean hasWaiters(Condition condition):查询是否有线程正在等待与此锁定有关的condition条件。
  • boolean isFair():判断是不是公平锁。
  • boolean isHeldByCurrentThread():查询当前线程是否保持此锁定。
  • boolean isLocked():查询此锁定是否由任意线程保持。
  • void lockInterruptibly():如果当前线程未被中断,则获取锁定,如果已经被中断则出现异常。

15. Condition

一个Condition和一个Lock关联在一起,就想一个条件队列和一个内置锁相关联一样。要创建一个Condition,可以在相关联的Lock上调用Lock.newCondition方法。正如Lock比内置加锁提供了更为丰富的功能,Condition同样比内置条件队列提供了更丰富的功能:在每个锁上可存在多个等待、条件等待可以是可中断的或者不可中断的、基于时限的等待,以及公平的或非公平的队列操作。与内置条件队列不同的是,对于每个Lock,可以有任意数量的Condition对象。Condition对象继承了相关的Lock对象的公平性,对于公平的锁,线程会依照FIFO顺序从Condition.await中释放。

注意:在Condition对象中,与wait,notify和notifyAll方法对于的分别是await,signal,signalAll。但是,Condition对Object进行了扩展,因而它也包含wait和notify方法。一定要确保使用的版本——await和signal.

16. 读写锁ReentrantReadWriteLock

读写锁表示也有两个锁,一个是读操作相关的锁,也称为共享锁;另一个是写操作相关的锁,也叫排它锁。也就是多个读锁之间不互斥,读锁与写锁互斥,写锁与写锁互斥。在没有Thread进行写操作时,进行读取操作的多个Thread都可以获取读锁,而进行写入操作的Thread只有在获取写锁后才能进行写入操作。即多个Thread可以同时进行读取操作,但是同一时刻只允许一个Thread进行写入操作。(lock.readlock.lock(), lock.readlock.unlock, lock.writelock.lock, lock.writelock.unlock)

17. Timer的使用

JDK中的Timer类主要负责计划任务的功能,也就是在指定时间开始执行某一任务。Timer类的主要作用就是设置计划任务,但封装任务的类却是TimerTask类(public abstract class TimerTask extends Object implements Runnable)。可以通过new Timer(true)设置为后台线程。

有以下几个方法:

  • void schedule(TimerTask task, Date time):在指定的日期执行某一次任务。如果执行任务的时间早于当前时间则立刻执行。
  • void schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period):在指定的日期之后,按指定的间隔周期性地无限循环地执行某一任务。如果执行任务的时间早于当前时间则立刻执行。
  • void schedule(TimerTask task, long delay):以当前时间为参考时间,在此基础上延迟指定的毫秒数后执行一次TimerTask任务。
  • void schedule(TimerTask task, long delay, long period):以当前时间为参考时间,在此基础上延迟指定的毫秒数,再以某一间隔无限次数地执行某一任务。
  • void scheduleAtFixedRate(TimerTask task, Date firstTime, long period):下次执行任务时间参考上次任务的结束时间,且具有“追赶性”。

TimerTask是以队列的方式一个一个被顺序执行的,所以执行的时间有可能和预期的时间不一致,因为前面的任务有可能消耗的时间较长,则后面的任务运行时间也会被延迟。 TimerTask类中的cancel方法的作用是将自身从任务队列中清除。 Timer类中的cancel方法的作用是将任务队列中的全部任务清空,并且进程被销毁。

Timer的缺陷:Timer支持基于绝对时间而不是相对时间的调度机制,因此任务的执行对系统时钟变化很敏感,而ScheduledThreadPoolExecutor只支持相对时间的调度。Timer在执行所有定时任务时只会创建一个线程。如果某个任务的执行时间过长,那么将破坏其他TimerTask的定时精确性。Timer的另一个问题是,如果TimerTask抛出了一个未检查的异常,那么Timer将表现出糟糕的行为。Timer线程并不波或异常,因此当TimerTask抛出为检测的异常时将终止定时线程。

JDK5或者更高的JDK中已经很少使用Timer.

18. 线程安全的单例模式

建议不要采用DCL的写法,建议使用下面这种写法:

或者这种:

19. 线程组ThreadGroup

为了有效地对一些线程进行组织管理,通常的情况下事创建一个线程组,然后再将部分线程归属到该组中,这样可以对零散的线程对象进行有效的组织和规划。参考以下案例:

输出:

20. 多线程的异常捕获UncaughtExceptionHandler

setUncaughtExceptionHandler()的作用是对指定线程对象设置默认的异常处理器。

输出:线程:Thread-0 出现了异常:/ by zero setDefaultUncaughtExceptionHandler()方法对所有线程对象设置异常处理器。

输出同上,注意两者之间的区别。如果既包含setUncaughtExceptionHandler又包含setDefaultUncaughtExceptionHandler那么会被setUncaughtExceptionHandler处理,setDefaultUncaughtExceptionHandler则忽略。

21.ReentrantLock与synchonized区别

  1. ReentrantLock可以中断地获取锁(void lockInterruptibly() throws InterruptedException)
  2. ReentrantLock可以尝试非阻塞地获取锁(boolean tryLock())
  3. ReentrantLock可以超时获取锁。通过tryLock(timeout, unit),可以尝试获得锁,并且指定等待的时间。
  4. ReentrantLock可以实现公平锁。通过new ReentrantLock(true)实现。
  5. ReentrantLock对象可以同时绑定多个Condition对象,而在synchronized中,锁对象的的wait(), notify(), notifyAll()方法可以实现一个隐含条件,如果要和多于一个的条件关联的对象,就不得不额外地添加一个锁,而ReentrantLock则无需这样做,只需要多次调用newCondition()方法即可。

22. 使用多线程的优势

更多的处理器核心;更快的响应时间;更好的编程模型。

23. 构造线程

一个新构造的线程对象是由其parent线程来进行空间分配的,而child线程继承了parent线程的:是否为Daemon、优先级、加载资源的contextClassLoader以及InheritableThreadLocal(参考第12条),同时还会分配一个唯一的ID来标志这个child线程。

24. 使用多线程的方式

extends Thread 或者implements Runnable

25. 读写锁

读写锁在同一时刻可以允许多个读线程访问,但是在写线程访问时,所有的读线程和其他写线程均被阻塞。读写锁维护了一对锁,一个读锁和一个写锁,通过分离读锁和写锁,使得并发性相比一般的排它锁有了很大的提升。Java中使用ReentrantReadWriteLock实现读写锁,读写锁的一般写法如下(修改自JDK7中的示例):

26.锁降级

锁降级是指写锁降级成读锁。如果当前线程拥有写锁,然后将其释放,最后获取读锁,这种分段完成的过程不能称之为锁降级。锁降级是指把持住(当前拥有的)写锁,再获取到读锁,最后释放(先前拥有的)写锁的过程。参考下面的示例:

锁降级中的读锁是否有必要呢?答案是必要。主要是为了保证数据的可见性,如果当前线程不获取读锁而是直接释放写锁,假设此刻另一个线程(T)获取了写锁并修改了数据,那么当前线程无法感知线程T的数据更新。如果当前线程获取读锁,即遵循锁降级的步骤,则线程T将会被阻塞,直到当前线程使用数据并释放读锁之后,线程T才能获取写锁进行数据更新。

(完)

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原文发布于微信公众号 - IT技术精选文摘(ITHK01)

原文发表时间:2017-07-26

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