Java并发指南1：并发基础与Java多线程

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本文是微信公众号【Java技术江湖】的《Java并发指南》其中一篇，本文大部分内容来源于网络，为了把本文主题讲得清晰透彻，也整合了很多我认为不错的技术博客内容，引用其中了一些比较好的博客文章，如有侵权，请联系作者。

该系列博文会告诉你如何全面深入地学习Java并发技术，从Java多线程基础，再到并发编程的基础知识，从Java并发包的入门和实战，再到JUC的源码剖析，一步步地学习Java并发编程，并上手进行实战，以便让你更完整地了解整个Java并发编程知识体系，形成自己的知识框架。

为了更好地总结和检验你的学习成果，本系列文章也会提供一些对应的面试题以及参考答案。

如果对本系列文章有什么建议，或者是有什么疑问的话，也可以关注公众号【Java技术江湖】联系作者，欢迎你参与本系列博文的创作和修订。

1多线程的优点

• 资源利用率更好
• 程序设计在某些情况下更简单
• 程序响应更快

1.1资源利用率更好案例

方式1 从磁盘读取一个文件需要5秒，处理一个文件需要2秒。处理两个文件则需要14秒

1    5秒读取文件A2    2秒处理文件A3    5秒读取文件B4    2秒处理文件B5    ---------------------6    总共需要14秒

方式2 从磁盘中读取文件的时候，大部分的CPU非常的空闲。它可以做一些别的事情。通过改变操作的顺序，就能够更好的使用CPU资源。看下面的顺序：

1    5秒读取文件A2    5秒读取文件B + 2秒处理文件A3    2秒处理文件B4    ---------------------5    总共需要12秒

总结：多线程并发效率提高2秒

1.2程序响应更快

设想一个服务器应用，它在某一个端口监听进来的请求。当一个请求到来时，它把请求传递给工作者线程(worker thread)，然后立刻返回去监听。而工作者线程则能够处理这个请求并发送一个回复给客户端。

while(server is active){
        listenThread for request
       hand request to workerThread
    }

这种方式，服务端线程迅速地返回去监听。因此，更多的客户端能够发送请求给服务端。这个服务也变得响应更快。

2多线程的代价

2.1设计更复杂

多线程一般都复杂。在多线程访问共享数据的时候，这部分代码需要特别的注意。线程之间的交互往往非常复杂。不正确的线程同步产生的错误非常难以被发现，并且重现以修复。

2.2上下文切换的开销

上下文切换当CPU从执行一个线程切换到执行另外一个线程的时候，它需要先存储当前线程的本地的数据，程序指针等，然后载入另一个线程的本地数据，程序指针等，最后才开始执行。

CPU会在一个上下文中执行一个线程，然后切换到另外一个上下文中执行另外一个线程。

上下文切换并不廉价。如果没有必要，应该减少上下文切换的发生。

2.3增加资源消耗

每个线程需要消耗的资源：

CPU，内存（维持它本地的堆栈），操作系统资源（管理线程）

3竞态条件与临界区

当多个线程竞争同一资源时，如果对资源的访问顺序敏感，就称存在竞态条件。导致竞态条件发生的代码区称作临界区。

多线程同时执行下面的代码可能会出错：

public class Counter {
	protected long count = 0;
 
	public void add(long value) {
		this.count = this.count + value;
	}
}

想象下线程A和B同时执行同一个Counter对象的add()方法，我们无法知道操作系统何时会在两个线程之间切换。JVM并不是将这段代码视为单条指令来执行的，而是按照下面的顺序

从内存获取 this.count 的值放到寄存器
将寄存器中的值增加value
将寄存器中的值写回内存
 
 
 
观察线程A和B交错执行会发生什么
 
	this.count = 0;
   A:	读取 this.count 到一个寄存器 (0)
   B:	读取 this.count 到一个寄存器 (0)
   B: 	将寄存器的值加2
   B:	回写寄存器值(2)到内存. this.count 现在等于 2
   A:	将寄存器的值加3

由于两个线程是交叉执行的，两个线程从内存中读出的初始值都是0。然后各自加了2和3，并分别写回内存。最终的值可能并不是期望的5，而是最后写回内存的那个线程的值，上面例子中最后写回内存可能是线程A，也可能是线程B

4线程的运行与创建

Java 创建线程对象有两种方法：

• 继承 Thread 类创建线程对象
• 实现 Runnable 接口类创建线程对象

注意：

在java中，每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程，一个是垃圾收集线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个jvm，每一个jvm实际上就是在操作系统中启动了一个进程。

5线程的状态和优先级

线程优先级1 到 10 ，其中 1 是最低优先级，10 是最高优先级。

状态

• new（新建）
• runnnable（可运行）
• blocked（阻塞）
• waiting（等待）
• time waiting （定时等待）
• terminated（终止）

状态转换

线程状态流程如下：

• 线程创建后，进入 new 状态
• 调用 start 或者 run 方法，进入 runnable 状态
• JVM 按照线程优先级及时间分片等执行 runnable 状态的线程。开始执行时，进入 running 状态
• 如果线程执行 sleep、wait、join，或者进入 IO 阻塞等。进入 wait 或者 blocked 状态
• 线程执行完毕后，线程被线程队列移除。最后为 terminated 状态

代码

public class MyThreadInfo extends Thread {
 
	@Override // 可以省略
	public void run() {
		System.out.println("run");
		// System.exit(1);
	}
 
	public static void main(String[] args) {
		MyThreadInfo thread = new MyThreadInfo();
		thread.start();
 
		System.out.println("线程唯一标识符：" + thread.getId());
		System.out.println("线程名称：" + thread.getName());
		System.out.println("线程状态：" + thread.getState());
		System.out.println("线程优先级：" + thread.getPriority());
	}
}
 
结果：
线程唯一标识符：9
线程名称：Thread-0
run
线程状态：RUNNABLE