Java 多线程详解

关于线程的术语

• 进程：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，一个进程包含1--n个线程。（进程是资源分配的最小单位）
• 线程：同一类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)，线程切换开销小。（线程是CPU调度的最小单位）
• 并行：多个CPU实例或者多台机器同时执行一段逻辑处理，是真正的同时（相对于并发是有区别的）。
• 并发：通过CPU调度算法，让用户看上去同时执行，实际上从CPU操作层面不是真正的同时。并发往往在场景中的公用的资源，那么针对这个公用的资源往往会产生瓶颈，我们会用TPS或者QPS来反映这个系统的处理能力。
• 线程安全：经常用来描绘一段代码。指的是在并发的情况之下，该代码经过多线程使用，线程调度顺序不影响任何结果。这个时候使用多线程，我们只需要关注系统的内存，CPU是不是够用即可。反过来，线程不安全就意味着线程的调度顺序会影响最终的结果，如果不加事务的转账代码：

    void transferMoney(User from, User to, float amount){

      to.setMoney(to.getBalance() + amount);

      from.setMoney(from.getBalance() - amount);

    }

• 同步：Java中的同步是指通过人为的控制和调度，保证共享资源的多线程成为线程安全，来保证结果准确的同时，提高性能，才能使优秀的程序。线程安全的优化级高于性能。
• 多线程：指的是这个程序（一个进程）运行时产生了不止一个线程。

线程的生命周期

线程的生命周期为：新建、就绪、运行、阻塞、死亡等五种状态。

这里写图片描述

新建状态

使用new关键字和实现Thread类及其子类来新建一个线程对象后，该对象就处于 新建状态 。它能保持这个状态直到start()

方法开启这个线程。

注意：当一个线程处于新建状态时，它仅仅是一个空的线程对象，系统不会为它分配资源。

就绪状态

当线程对象调用start（） 方法之后，该线程就进入 就绪状态 。就绪状态的线程处于就绪队列当中，等待JVM里线程调度器的调度。

Thread.strat();//调用start()方法

运行状态

如果就绪状态的线程的线程获取CPU资源，就可以开始执行run()

方法，此时线程就处于运行状态。此处的线程最为复杂，它可以变为阻塞状态、就绪状态、死亡状态。

阻塞状态

如果一个线程执行了sleep（睡眠）、suspend（挂起）等方法，失去所占用资源之后，该线程就从运行进入阻塞状态。在睡眠时间已到或者获得设备资源后可以进入就绪状态，可以分为三种：

• 等待阻塞：运行状态中线程使用执行了wait() 方法，使线程进入到等待阻塞状态。
• 同步阻塞：线程在获取synchronized 同步锁失败(因为同步锁被其他线程占用）。
• 其他阻塞：通过调用线程的 sleep() 或join()发出了 I/O 请求时，线程就会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时，join()等待线程终止或超时，或者 I/O 处理完毕，线程重新转入就绪状态。

死亡状态

一个运行状态的线程完成任务或者其他终止条件发生时，该线程就切换到终止状态。

线程控制

线程控制分为：线程睡眠、线程加入、线程让步、后台线程 。

线程睡眠

Thread.sleep(millis);//静态方法，使用类名调用。使当前线程（即调用该方法的线程）暂停执行一段时间，让其他线程有机会继续执行。当中的millis是表示毫秒

线程加入

thread.join();//让当前线程等待thread线程结束之后才能继续运行

thread.join(millis);//让当前线程等待thead线程millis毫秒后运行

线程让步

thread.yield();//该方法与sleep()类似，只是不能由用户指定暂停多长时间，并且yield()方法只是让同优先级的线程有执行的机会。

后台线程

thread.setDaemon(boolean on);//设置后台线程

前台线程和后台线程的区别

后台线程会随着主程序的结束而结束，但是前台进程则不会；或者说只要一个前台线程未退出，进程就不会终止。

默认情况下，程序员创建的线程的是用户线程：用setDaemon（ture）可以设置线程为后台程序；而用isDemon（）则可以判断一个线程是前台线程还是后台线程；

注意：setDemon方法必须在start方法前面设置，否则程序会抛出IllgalThreadStateException异常。

线程优先级

在Java中，每一个线程都有一个优先级。默认情况，一个线程将继承其父线程的优先级。线程用数字来表示，范围从1到10，一个线程的缺省优先级是5。我们可以通过线程的方法进行设置线程的优先级。

Thread.MIN_PRIORITY = 1;

Thread.MAX_PRIORITY = 10;

Thread.NORM_PRIORITY = 5;

使用下列方法获取或者设置线程对象的优先级

int  getPriority();//获取线程优先级

void  setPriority(int newPriority);//设置线程对象的优先级

注意： 可以通过setPriority方法（final的，不能被子类重载）更改优先级。优先级不能超出1-10的取值范围，否则抛出IllageArgumentException异常。

注意：不要假定高优先级线程一定先于低优先级的线程执行，不要有逻辑依赖于线程优先级，否则可能产生意外结果。

线程组

有些程序包含了相当数量的线程。这时如果按照线程的功能将他们分成不同的类别将很有用。

线程组可以用来同时对一组线程进行操作。

创建线程组

hreadGroup  group = new ThreadGroup(groupName);

添加线程

将某个线程添加给某个线程组，使用如下方法：

Thread  thread = new Thread(group, threadName);

中断所有线程运行

要中断线程组中所有的线程运行，使用下面的方法：

group. interrupt();

确认线程是否在运行

要确定某个线程组中的任一线程是否仍处于可运行状态：

if (group. activeCount() == 0){}

线程组有一个很好的特性，那就是如果某个线程由于异常事件而成为死线程，你将会得到通知

线程同步（synchronized）

为了确保在任何时刻一个共享对象只被一个线程使用，必须使用“线程同步（synchronized）”

线程同步方式

第一种：使用同步方法

synchronized void methodA(){}

第二种：使用同步代码块

synchronized(obj){//obj是被锁定的对象

    //这里写入需要同步的语句

}

用synchronized来标识的块或方法即为监视器监视的部分。只有使用synchronized ，才能利用对象的监视器功能。

调用任何synchronize方法时，对象会被锁定。不可以再调用那个对象的任何synchronize方法，除非第一个方法完成了自己的工作，并解除了锁定。因此，一个特定对象的所有synchronize方法都共享着一把锁，而且这把锁能锁定防止多个方法对通用内存的同时进行写操作（比如同时有多个线程

）。

每个类也有自己的一把锁（作为类的Class对象的一部分），所以synchronized static方法可在一个类的范围内被相互间锁定起来，防止与static数据的接触。 一般情况下，只在方法的层次上使用同步。

生产者vs消费者问题

在多线程程序中，可能出现生产者－消费者问题，即等待同步数据的问题。

这里写图片描述

可能出现的问题是：

1.生产者比消费者快时，消费者会漏掉一些数据没有取到 。

2.消费者比生产者快时，消费者取相同的数据。

当中的notify() 和 wait() 用来协调读取关系，notify()和wait ()都只能从同步方法中调用。

wait-notify 机制

• 当synchronized方法中的wait方法被调用时，当前线程将被中断运行，并且放弃该对象的锁。
• 一旦线程调用了wait方法，它便进入该对象的等待列表。要从等待列表中删除该线程，使它有机会继续运行，其它线程必须调用同一个对象上的notify或者notifyAll方法。
• 当线程再次成为可运行的线程后，它们便试图重新进入该对象。一旦可以使用该对象锁时，其中的一个线程将锁定该对象，并且从它上次调用wait方法后的位置开始继续运行。

使用同步机制

1.如果两个或多个线程修改一个对象，请将执行修改的方法声明为synchronized方法。受到对象修改影响的只读方法也必须实现同步。

2.如果一个线程必须等待某个对象的状态出现变更，那么它应该在对象的内部等待而不是在外边等待。这可以通过进入一个synchronized方法，并且调用wait方法来实现。

3.不要在synchronized方法中花费大量的时间。大多数操作只是更新数据，然后很快返回。

4.每当一个方法改变某个对象的状态时，它就应该调用notifyAll方法。这样可以给等待线程一个机会，以便查看环境有没有发生变化

5.记住，wait和notifyAll/notify方法都属于Object类的方法，而不是Thread类的方法。反复检查你对wait方法的调用与同一对象上的通知是否匹配。

线程死锁

定义：当所有的线程都在等待得到某个资源后才能继续运行下去时，整个程序将被挂起，这种情况就叫做线程死锁。

多线程的使用

有效利用多线程的关键是理解程序是并发执行而不是串行执行的。例如：程序中有两个子系统需要并发执行，这时候就需要利用多线程编程。

通过对多线程的使用，可以编写出非常高效的程序。不过请注意，如果你创建太多的线程，程序执行的效率实际上是降低了，而不是提。。

上下文的切换开销也很重要，如果你创建了太多的线程，CPU 花费在上下文的切换的时间将多于执行程序的时！