Java語法進階10-多線程

多線程

併發與並行、進程，線程調度自行百度

線程（thread）：是一個進程中的其中一條執行路徑，CPU調度的最基本調度的單位。同一個進程中線程可以共享一些內存（堆、方法區），每一個線程又有自己的獨立空間（棧、程序計數器）。因爲線程之間有共享的內存，在實現數據共享方面，比較方便，但是又因爲共享數據的問題，會有線程安全問題。

當運行Java程序時，其實已經有一個線程了，那就是main線程。

Thread類

所有的線程對象都必須是Thread類或其子類的實例，Java中通過繼承Thread類來創建並啓動多線程的步驟如下：

1. 定義Thread類的子類，並重寫該類的run()方法，該run()方法的方法體就代表了線程需要完成的任務,因此把run()方法稱爲線程執行體。

2. 創建Thread子類的實例，即創建了線程對象

3. 調用線程對象的start()方法來啓動該線程

Runnable接口

我們還可以實現Runnable接口，重寫run()方法，然後再通過Thread類的對象代理啓動和執行我們的線程體run()方法。步驟如下：

1. 定義Runnable接口的實現類，並重寫該接口的run()方法，該run()方法的方法體同樣是該線程的線程執行體。

2. 創建Runnable實現類的實例，並以此實例作爲Thread的target來創建Thread對象，該Thread對象纔是真正 的線程對象。

3. 調用線程對象的start()方法來啓動線程。

例： public class MyRunnable implements Runnable　　//定義實現線程類

  　　MyRunnable mr = new MyRunnable();　　　　　//創建線程對象

         Thread t = new Thread(mr);　　　　　　　　　//通過Thread類的實例，啓動線程
          t.start();

實際上所有的多線程代碼都是通過運行Thread的start()方法來運行的。因此，不管是繼承Thread類還是實現 Runnable接口來實現多線程，最終還是通過Thread的對象的API來控制線程的，熟悉Thread類的API是進行多線程編程的基礎。

tips:Runnable對象僅僅作爲Thread對象的target，Runnable實現類裏包含的run()方法僅作爲線程執行體。 而實際的線程對象依然是Thread實例，只是該Thread線程負責執行其target的run()方法。

兩種方式的區別

1、繼承的方式有單繼承的限制，實現的方式可以多實現

2、啓動方式不同

3、繼承：在實現共享數據時，可能需要靜態的

　　實現：只要共享同一個Runnable實現類的對象即可。

4、繼承：選擇鎖時this可能不能用，

　　實現：選擇鎖時this可以用。

匿名內部類對象來實現線程的創建和啓動

new Thread("新的線程！"){
　　@Override
　　public void run() {
　　　　for (int i = 0; i < 10; i++) {
　　　　　　System.out.println(getName()+"：正在執行！"+i);
　　　　}
　　}
}.start();

構造方法

public Thread() :分配一個新的線程對象。

public Thread(String name) :分配一個指定名字的新的線程對象。

public Thread(Runnable target) :分配一個帶有指定目標新的線程對象。

public Thread(Runnable target,String name) :分配一個帶有指定目標新的線程對象並指定名字。

線程常用方法

volatile：修飾變量

變量不一定在什麼時候值就會被修改了，爲了總是得到最新的值，volatile修飾之後那麼每次都從主存中去取值，不會在寄存器中緩存它的值。

守護線程

守護線程有個特點，就是如果所有非守護線程都死亡，那麼守護線程自動死亡。

調用setDaemon(true)方法可將指定線程設置爲守護線程。必須在線程啓動之前設置，否則會報IllegalThreadStateException異常。

調用isDaemon()可以判斷線程是否是守護線程。

線程安全

線程安全問題的判斷

1、是否有多個線程

2、這多個線程是否使用共享數據

3、這些線程在使用共享數據時，是否有寫有讀操作

同步代碼塊

synchronized 關鍵字可以用於方法中的某個區塊中，表示只對這個區塊的資源實行互斥訪問。 格式:

synchronized(同步鎖){
     需要同步操作的代碼
}

同步鎖必須是對象

鎖對象可以是任意類型。

多個線程對象必須使用同一把鎖。 注意:在任何時候,最多允許一個線程擁有同步鎖,誰拿到鎖就進入代碼塊,其他的線程只能在外等着(BLOCKED)。

同步方法

使用synchronized修飾的方法,就叫做同步方法,保證持有鎖線程執行該方法的時候,其他線程只能在方法外等着

【其他修飾符】 synchronized 返回值類型 方法名(【形參列表】)【throws 異常列表】{
    　//可能會產生線程安全問題的代碼
}

鎖對象不能由我們自己選，它是默認的：

（1）靜態方法：鎖對象是當前類的Class對象

（2）非靜態方式：this

線程間通信

當“數據緩衝區”滿的時候，“生產者”需要wait，等着被喚醒；

當“數據緩衝區”空的時候，“消費者”需要wait，等着被喚醒。

在一個線程滿足某個條件時，就進入等待狀態（wait()/wait(time)）， 等待其他線程執行完他們的指定代碼過後再將其喚醒（notify()）;或可以指定wait的時間，等時間到了自動喚醒；在有多個線程進行等待時，如果需要，可以使用 notifyAll()來喚醒所有的等待線程。

1. wait：線程不再活動，不再參與調度，進入 wait set 中，因此不會浪費 CPU 資源，也不會去競爭鎖了，這時的線程狀態即是 WAITING或TIMED_WAITING。它還要等着別的線程執行一個特別的動作，也即是“通知（notify）”或者等待時間到，在這個對象上等待的線程從wait set 中釋放出來，重新進入到調度隊列（ready queue）中

2. notify：則選取所通知對象的 wait set 中的一個線程釋放；

3. notifyAll：則釋放所通知對象的 wait set 上的全部線程。

注意：

被通知線程被喚醒後也不一定能立即恢復執行，因爲它當初中斷的地方是在同步塊內，而此刻它已經不持有鎖，所以她需要再次嘗試去獲取鎖（很可能面臨其它線程的競爭），成功後才能在當初調用 wait 方法之後的地方恢復執行。

總結如下：

• 如果能獲取鎖，線程就從 WAITING 狀態變成 RUNNABLE（可運行） 狀態；

• 否則，線程就從 WAITING 狀態又變成 BLOCKED（等待鎖） 狀態

調用wait和notify方法需要注意的細節

1. wait方法與notify方法必須要由同一個鎖對象調用。因爲：對應的鎖對象可以通過notify喚醒使用同一個鎖對象調用的wait方法後的線程。

2. wait方法與notify方法是屬於Object類的方法的。因爲：鎖對象可以是任意對象，而任意對象的所屬類都是繼承了Object類的。

3. wait方法與notify方法必須要在同步代碼塊或者是同步函數中使用。因爲：必須要通過鎖對象調用這2個方法。

等待喚醒機制可以解決經典的“生產者與消費者”的問題

要解決該問題，就必須讓生產者線程在緩衝區滿時等待(wait)，暫停進入阻塞狀態，等到下次消費者消耗了緩衝區中的數據的時候，通知(notify)正在等待的線程恢復到就緒狀態，重新開始往緩衝區添加數據。反之亦然

線程生命週期

一、站在線程的角度上：5種

1、新建：創建了線程對象，還未start

2、就緒：已啓動，並且可被CPU調度

3、運行：正在被調度

4、阻塞：遇到了：sleep(),wait(),wait(time),其它線程的join()，join(time)，suspend()，鎖被其他線程佔用等

　　解除阻塞回到就緒狀態：sleep()時間，notify()，wait的時間到，加塞的線程結束，加塞的時間到，resume()，其他佔用鎖的線程釋放了鎖等。

5、死亡：run()正常結束，遇到了未處理的異常或錯誤，stop()

注意：

程序只能對新建狀態的線程調用start()，並且只能調用一次，如果對非新建狀態的線程，如已啓動的線程或已死亡的線程調用start()都會報錯IllegalThreadStateException異常。

二、站在代碼的角度上6種

在java.lang.Thread.State的枚舉類中這樣定義

public enum State {
　　NEW,
　　RUNNABLE,
　　BLOCKED,
　　WAITING,
　　TIMED_WAITING,
　　TERMINATED;
}

1、新建NEW：創建了線程對象，還未start

2、可運行RUNNABLE：可以被CPU調度，或者正在被調度

3、阻塞BLOCKED：等待鎖

4、等待WAITING：wait(),join()等沒有設置時間的，必須等notify()，或加塞的線程結束才能恢復

5、有時間等待TIMED_WAITING：sleep(time)，wait(time)，join(time)等有時間的阻塞，等時間到了恢復，或被interrupt也會恢復

6、終止TERMINATED：run()正常結束，遇到了未處理的異常或錯誤，stop()

釋放鎖操作與死鎖

任何線程進入同步代碼塊、同步方法之前，必須先獲得對同步監視器的鎖定，那麼何時會釋放對同步監視器的鎖定呢？

1、釋放鎖的操作

當前線程的同步方法、同步代碼塊執行結束。

當前線程在同步代碼塊、同步方法中出現了未處理的Error或Exception，導致當前線程異常結束。

當前線程在同步代碼塊、同步方法中執行了鎖對象的wait()方法，當前線程被掛起，並釋放鎖。

2、不會釋放鎖的操作

線程執行同步代碼塊或同步方法時，程序調用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暫停當前線程的執行。

線程執行同步代碼塊時，其他線程調用了該線程的suspend()方法將該線程掛起，該線程不會釋放鎖（同步監視器）。應儘量避免使用suspend()和resume()這樣的過時來控制線程。

3、死鎖

不同的線程分別鎖住對方需要的同步監視器對象不釋放，都在等待對方先放棄時就形成了線程的死鎖。一旦出現死鎖，整個程序既不會發生異常，也不會給出任何提示，只是所有線程處於阻塞狀態，無法繼續。