java并发编程(1)：Java多线程-基本线程类-基础知识复习笔记

复习资料：《同步与异步：并发/并行/进程/线程/多cpu/多核/超线程/管程 》

基本线程类

基本线程类

基本线程类指的是Thread类，Runnable接口，Callable接口

继承Thread创建线程

继承java.lang.Thread类创建线程是最简单的一种方法，也最直接。

public class MyThread1 extends Thread {}

种创建方式，把线程执行的逻辑代码直接写在了Thread的子类中，这样根据线程的概念模型，虚拟CPU和代码混合在一起了。并且java是单继承机制，线程体继承Thread类后，就不能继承其他类了，线程的扩展受影响。

实现Runnable接口创建线程

为了构建结构清晰线程程序，可以把代码独立出来形成线程目标对象，然后传给Thread对象。通常，实现Runnable接口的类创建的对象，称作线程的目标对象。

public class MyThreadTarget implements Runnable{ }

出线程目标对象和Thread分开了，并传递给了Thread。如果有比较复杂的数据要处理，可以在线程目标对象中引入数据。使用这种方式获得线程的名字就稍微复杂一些，需要使用到Thread中的静态方法，获得当前线程对象，然后再调用getName()方法。这种方式在较复杂的程序中用得比较普遍。

Callable

future模式：并发模式的一种，可以有两种形式，即无阻塞和阻塞，分别是isDone和get。其中Future对象用来存放该线程的返回值以及状态

ExecutorService e = Executors.newFixedThreadPool(3);
 //submit方法有多重参数版本，及支持callable也能够支持runnable接口类型.
Future future = e.submit(new myCallable());
future.isDone() //return true,false 无阻塞
future.get() // return 返回值，阻塞直到该线程运行结束

以上是基本方法，总结一下

多线程的基本操作

创建线程的方式 

1. 将类声明为 Thread 的子类。该子类应重写 Thread 类的 run 方法
2. 声明实现 Runnable 接口的类。该类然后实现 run 方法

推荐方式二，因为接口方式比继承方式更灵活，也减少程序间的耦合。

线程API一览

• start() 使线程处于就绪状态，Java虚拟机会调用该线程的run方法；
• stop() 停止线程，已过时，存在不安全性：
  • 一是可能请理性的工作得不得完成；
  • 二是可能对锁定的对象进行“解锁”，导致数据不同步不一致的情况。

推荐 使用 interrupt() +抛异常 中断线程。

• suspend() 暂停线程，已过时。
• resume() 恢复线程，已过时。 suspend 与resume 不建议使用，存在缺陷：
  • 一是可能独占同步对象；
  • 二是导致数据不一致。
• yield() 放弃当前线程的CPU资源。放弃时间不确认，也有可能刚刚放弃又获得CPU资源。
• t.join() 等待该线程t 销毁终止。

获取当前线程信息

Thread.currentThread()

线程的分类

线程分为守护线程、用户线程。线程初始化默认为用户线程。

setDaemon(true) 将该线程标记为守护线程或用户线程。

特性：设置守护线程，会作为进程的守护者，如果进程内没有其他非守护线程，那么守护线程也会被销毁，即使可能线程内没有运行结束。

某线程a 中启动另外一个线程t，那么我们称线程t是线程a的一个子线程，而 线程a是线程t的父线程。

最典型的就是我们在main方法中 启动一个线程去执行。其中main方法隐含的main线程为父线程。

线程安全

线程安全就是每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的。

线程安全就是说多线程访问同一代码，不会产生不确定的结果。

为什么有线程安全问题

反过来，线程不安全就意味着线程的调度顺序会影响最终结果，如不加事务的转账代码：

线程安全问题多是由全局变量和静态变量引起的

• 当多个线程对共享数据只执行读操作，不执行写操作时，一般是线程安全的；
• 当多个线程都执行写操作时，需要考虑线程同步来解决线程安全问题。

线程同步

同步是保证多个线程之间共享同一个全局变量数据安全问题，保证数据原子性。

多个线程操作一个资源的情况下，导致资源数据前后不一致。这样就需要协调线程的调度，即线程同步。 解决多个线程使用共通资源的方法是：线程操作资源时独占资源，其他线程不能访问资源。使用锁可以保证在某一代码段上只有一条线程访问共用资源。

有两种方式实现线程同步：

• synchronized，使用同步代码块解决线程安全问题 
• 同步锁(Lock)

Java中的同步指的是通过人为的控制和调度，保证共享资源的多线程访问成为线程安全，来保证结果的准确。如上面的代码简单加入@synchronized关键字。在保证结果准确的同时，提高性能，才是优秀的程序。线程安全的优先级高于性能。

线程状态

java多线程-线程状态转换

synchronized关键字用法

当它用来修饰一个方法或者一个代码块的时候（同步代码块：将可能会发生线程安全问题的代码给包裹起来），能够保证在同一时刻最多只有一个线程执行该段代码。

1. 原子性(互斥性)：实现多线程的同步机制，使得锁内代码的运行必需先获得对应的锁，运行完后自动释放对应的锁。
2. 内存可见性：在同一锁情况下，synchronized锁内代码保证变量的可见性。
3. 可重入性：当一个线程获取一个对象的锁，再次请求该对象的锁时是可以再次获取该对象的锁的。

如果在synchronized锁内发生异常，锁会被释放。

• synchronized方法 与 synchronized(this) 代码块 锁定的都是当前对象，不同的只是同步代码的范围
• synchronized (非this对象x) 将对象x本身作为“对象监视器”：
  1. 多个线程同时执行 synchronized(x) 代码块，呈现同步效果。
  2. 当其他线程同时执行对象x里面的 synchronized方法时，呈现同步效果。
  3. 当其他线程同时执行对象x里面的 synchronized(this)方法时，呈现同步效果。
• 静态synchronized方法 与 synchronized(calss)代码块 锁定的都是Class锁。Class 锁与 对象锁 不是同一个锁，两者同时使用情况可能呈异步效果。
• 尽量不使用 synchronized(string)，是因为string的实际锁为string的常量池对象，多个值相同的string对象可能持有同一个锁。

synchronized原理：

• 首先有一个线程已经拿到了锁，其他线程已经有cup执行权，一直排队，等待释放锁。
• 锁是在什么时候释放？代码执行完毕或者程序抛出异常都会被释放掉。
• 锁已经被释放掉的话，其他线程开始进行抢锁（资源竞争），谁抢到谁进入同步中去，其他线程继续等待。

效率非常低，多个线程需要判断锁，比较消耗资源，抢锁的资源。——synchronized 只能有一个线程进行执行（就像厕所只有一个坑，好多人等着上厕所，谁进入厕所谁上锁，其他人在外等待），这个线程不释放锁的话，其他线程就一直等，就会产生死锁问题。

volatile关键字用法

多线程的内存模型：main memory（主存）、working memory（线程栈），在处理数据时，线程会把值从主存load到本地栈，完成操作后再save回去(volatile关键词的作用：每次针对该变量的操作都激发一次load and save)。

volatile与多线程

Volatile 关键字的作用是变量在多个线程之间可见，但不保证原子性。

1. 内存可见性：保证变量的可见性，线程在每次使用变量的时候，都会读取变量修改后的最的值。
2. 不保证原子性。

针对多线程使用的变量如果不是volatile或者final修饰的，很有可能产生不可预知的结果（另一个线程修改了这个值，但是之后在某线程看到的是修改之前的值）。其实道理上讲同一实例的同一属性本身只有一个副本。但是多线程是会缓存值的，本质上，volatile就是不去缓存，直接取值。在线程安全的情况下加volatile会牺牲性能。

线程间的通信方式

线程间通信的方式主要为共享内存、线程同步。

线程同步除了synchronized互斥同步外，也可以使用wait/notify实现等待、通知的机制。

1. wait/notify属于Object类的方法，但wait和notify方法调用，必须获取对象的对象级别锁，即synchronized同步方法或同步块中使用。
2. wait()方法：在其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法前，或者其他某个线程中断当前线程，导致当前线程一直阻塞等待。等同wait方法。
   1. wait(long timeout) 在其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法，或者其他某个线程中断当前线程，或者已超过某个实际时间量前，导致当前线程等待。 单位为毫秒。
   2. void wait(long timeout, int nanos) 与 wait(long timeout) 不同的是增加了额外的纳秒级别，更精细的等待时间控制。
3. notfiy方法：唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。选择是任意性的，并在对实现做出决定时发生。线程通过调用其中一个 wait 方法，在对象的监视器上等待。
4. notifyAll方法：唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。

需要：wait被执行后，会自动释放锁，而notify被执行后，锁没有立刻释放，由synchronized同步块结束时释放。

应用场景：简单的生产、消费问题。

synchronized (lock) {//获取到对象锁lock
    try {
        lock.wait();//等待通信信号, 释放对象锁lock
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }	
}//接到通信信号
synchronized (lock) {
    //获取到对象锁lock
    lock.notify();//通知并唤醒某个正等待的线程
    //其他操作
}//释放对象锁lock

synchronized, wait, notify 是任何对象都具有的同步工具。

synchronized, wait, notify

他们是应用于同步问题的人工线程调度工具。讲其本质，首先就要明确monitor的概念，Java中的每个对象都有一个监视器，来监测并发代码的重入。在非多线程编码时该监视器不发挥作用，反之如果在synchronized 范围内，监视器发挥作用。 wait/notify必须存在于synchronized块中。并且，这三个关键字针对的是同一个监视器（某对象的监视器）。这意味着wait之后，其他线程可以进入同步块执行。 当某代码并不持有监视器的使用权时（如上图的状态，即脱离同步块）去wait或notify，会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException。也包括在synchronized块中去调用另一个对象的wait/notify，因为不同对象的监视器不同，同样会抛出此异常。

参考文章：

Java多线程并发编程一览笔录 https://www.cnblogs.com/yw0219/p/10597041.html

Java 中的多线程你只要看这一篇就够了 https://juejin.im/entry/57339fe82e958a0066bf284f

阿里大牛详细讲解java多线程并发，PDT文档实战篇https://zhuanlan.zhihu.com/p/92958977

JAVA多线程之间实现同步+多线程并发同步解决方案 https://blog.csdn.net/yz2015/article/details/79436123

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