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基本概念
什么是线程
可以参考《现代操作系统》
经典的unix具有强进程观念，后续的linux弱化了线程与进程的隔阂。进程是内核的概念，而线程的实现可以是内核+应用态，也可以是纯应用态的逻辑。
不管怎么说，现代操作系统调度的最小单元是线程，每个线程拥有各自的计数器，堆栈，和局部变量属性，能够访问共享变量。而处理器高速的切换，造成并行运行的假象
为什么要使用多线程
- 更多的处理器核心
现代处理器向多核发展，程序的逻辑被分配到不同核心，拥有更快的处理速度。 - 更快的响应时间
程序复杂的逻辑串行运行十分缓慢，有效的并行能拥有更快的响应时间 - 更好的编程模型
并发编程有很多成熟、高效的模型。并不需要程序员重新发明轮子，稍作修改就能使用。
线程
现代OS基本采用时分的形式调度运行的线程，CPU分成时间片。同时线程（进程）被设定有优先级，高优的线程能分配到更多的CPU资源。
java的优先级
在Java线程中，通过一个整型成员变量priority来控制优先级，优先级的范围从1~10，在线程构建的时候可以通过setPriority(int)方法来修改优先级，默认优先级是5，优先级高的线程分配时间片的数量要多于优先级低的线程。设置线程优先级时，针对频繁阻塞（休眠或者I/O操作）的线程需要设置较高优先级，而偏重计算（需要较多CPU时间或者偏运算）的线程则设置较低的优先级，确保处理器不会被独占。在不同的JVM以及操作系统上，线程规划会存在差异
Thread thread =new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
}
});
// 设置优先级
thread.setPriority(6);
线程的状态
线程拥有6种状态NEW、RUNNABLE、BLOCKED、wAITING、TIME_WAITING、TERMINATED
使用jstack查看线程信息
状态机
Daemon 守护线程
当一个Java虚拟机中不存在非Daemon线程的时候，Java虚拟机将会退出。可以通过调用Thread.setDaemon(true)将线程设置为Daemon线程。Daemon属性需要在启动线程之前设置，不能在启动线程之后设置。Daemon线程被用作完成支持性工作，但是在Java虚拟机退出时Daemon线程中的finally块并不一定会执行，示例如代码清单4-5所示。
java 线程的运行
//继承 Thread
class newThread extends Thread{}
//实现 Runnable接口
new Thread(new Runnable({
@Override
public void run(){
//paas
}
}));
//设置线程的属性(节选自java.lang.Thread 中线程初始化)
private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,long stackSize,
AccessControlContext acc) {
if (name == null) {
throw new NullPointerException("name cannot be null");
}
// 当前线程就是该线程的父线程
Thread parent = currentThread();
this.group = g;
// 将daemon、priority属性设置为父线程的对应属性
this.daemon = parent.isDaemon();
this.priority = parent.getPriority();
this.name = name.toCharArray();
this.target = target;
setPriority(priority);
// 将父线程的InheritableThreadLocal复制过来
if (parent.inheritableThreadLocals != null)
this.inheritableThreadLocals=ThreadLocal.createInheritedMap(parent.
inheritableThreadLocals);
// 分配一个线程ID
tid = nextThreadID();
}
不难看出，一个新线程的构造是由其parent线程来进行空间分配，而child线程继承了parent是否为Daemon、优先级和加载资源的contextClassLoader以及可继承ThreadLocal，同时还会分配一个唯一的ID来标识这个child线程。至此，一个能够运行的线程对象就初始化好了，在堆内存中等待着运行。
线程的中断
中断可以理解为线程的一个标识位属性，它表示一个运行中的线程是否被其他线程进行了中断操作。中断好比其他线程对该线程打了个招呼，其他线程通过调用该线程的interrupt()
方法对其进行中断操作。线程通过检查自身是否被中断来进行响应，线程通过方法isInterrupted()来进行判断是否被中断，也可以调用静态方法Thread.interrupted()对当前线程的中断标识位进行复位。如果该线程已经处于终结状态，即使该线程被中断过，在调用该线程对象的isInterrupted()时依旧会返回false。从Java的API中可以看到，许多声明抛出InterruptedException的方法（例如Thread.sleep(longmillis)方法）这些方法在抛出InterruptedException之前，Java虚拟机会先将该线程的中断标识位清除，然后抛出InterruptedException，此时调用isInterrupted()方法将会返回false。
优雅的停止线程
在4.2.3节中提到的中断状态是线程的一个标识位，而中断操作是一种简便的线程间交互方式，而这种交互方式最适合用来取消或停止任务。除了中断以外，还可以利用一个boolean变量来控制是否需要停止任务并终止该线程。在代码清单4-9所示的例子中，创建了一个线程CountThread，它不断地进行变量累加，而主线程尝试对其进行中断操作和停止操作
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class Shutdown {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Runner one = new Runner();
Thread countThread = new Thread(one, "CountThread");
countThread.start();
// 睡眠1秒，main线程对CountThread进行中断，使CountThread能够感知中断而结束
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
countThread.interrupt();
Runner two = new Runner();
countThread = new Thread(two, "CountThread");
countThread.start();
// 睡眠1秒，main线程对Runner two进行取消，使CountThread能够感知on为false而结束
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
two.cancel();
}
private static class Runner implements Runnable {
private long i;
private volatile boolean on = true;
@Override
public void run() {
while (on && !Thread.currentThread().isInterrupted()) {
i++;
}
System.out.println("Count i = " + i);
}
public void cancel() {
on = false;
}
}
}
示例在执行过程中，main线程通过中断操作和cancel()方法均可使CountThread得以终止。这种通过标识位或者中断操作的方式能够使线程在终止时有机会去清理资源，而不是武断地将线程停止，因此这种终止线程的做法显得更加安全和优雅。
线程间的通信
线程开始运行，拥有自己的栈空间，就如同一个脚本一样，按照既定的代码一步一步地执行，直到终止。但是，每个运行中的线程，如果仅仅是孤立地运行，那么没有一点儿价值，或者
说价值很少，如果多个线程能够相互配合完成工作，这将会带来巨大的价值。
volatile和synchronized关键字
使用这个两个关键字可以使线程共享资源同步，略。算是一种通信
等待/通知机制
等待/通知的相关方法是任意Java对象都具备的，因为这些方法被定义在所有对象的超类java.lang.Object上，方法和描述如表4-2所示。
等待/通知机制，是指一个线程A调用了对象O的wait()方法进入等待状态，而另一个线程B调用了对象O的notify()或者notifyAll()方法，线程A收到通知后从对象O的wait()方法返回，进而执行后续操作。上述两个线程通过对象O来完成交互，而对象上的wait()和notify/notifyAll()的关系就如同开关信号一样，用来完成等待方和通知方之间的交互工作。
用法实例
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class WaitNotify {
static boolean flag = true;
static Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) throws Exception {
Thread waitThread = new Thread(new Wait(), "WaitThread");
waitThread.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
Thread notifyThread = new Thread(new Notify(), "NotifyThread");
notifyThread.start();
}
static class Wait implements Runnable {
public void run() {
// 加锁，拥有lock的Monitor
synchronized (lock) {
// 当条件不满足时，继续wait，同时释放了lock的锁
while (flag) {
try {
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
// 条件满足时，完成工作
}
}
}
}
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class WaitNotify {
static boolean flag = true;
static Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) throws Exception {
Thread waitThread = new Thread(new Wait(), "WaitThread");
waitThread.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
Thread notifyThread = new Thread(new Notify(), "NotifyThread");
notifyThread.start();
}
static class Wait implements Runnable {
public void run() {
// 加锁，拥有lock的Monitor
synchronized (lock) {
// 当条件不满足时，继续wait，同时释放了lock的锁
while (flag) {
try {
System.out.println(Thread.currentThread() +
"flag is true. wait@" + new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date()));
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
// 条件满足时，完成工作
System.out.println(Thread.currentThread() +
"flag is false. running@" +
new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date()));
}
}
}
static class Notify implements Runnable {
public void run() {
// 加锁，拥有lock的Monitor
synchronized (lock) {
// 获取lock的锁，然后进行通知，通知时不会释放lock的锁，
// 直到当前线程释放了lock后，WaitThread才能从wait方法中返回
System.out.println(Thread.currentThread() +
" hold lock. notify @ " +
new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date()));
lock.notifyAll();
flag = false;
SleepUtils.second(5);
}
// 再次加锁
synchronized (lock) {
System.out.println(Thread.currentThread() +
" hold lock again. sleep@ " +
new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date()));
SleepUtils.second(5);
}
}
}
}
输出如下（输出内容可能不同，主要区别在时间上）。
Thread[WaitThread,5,main] flag is true. wait @ 22:23:03
Thread[NotifyThread,5,main] hold lock. notify @ 22:23:04
Thread[NotifyThread,5,main] hold lock again. sleep @ 22:23:09
Thread[WaitThread,5,main] flag is false. running @ 22:23:14
备注
实例演示的是，waitThred线程和notifyThread线程竞争lock对象，wait首先获取锁后主动调用waitThred释放锁。notifyThread获取锁后，主动调用lock.notifyAll()试图唤醒等待在lock上的
waitThred线程。但是必须得是notifyThread执行结束后(等待5s动作)，wait才会继续
等待/通知的经典范式
可以提炼出等待/通知的经典范式，该范式分为两部分，分别针对等待方（消费者）和通知方（生产者）。
等待方遵循如下原则。
1）获取对象的锁。
2）如果条件不满足，那么调用对象的wait()方法，被通知后仍要检查条件。
3）条件满足则执行对应的逻辑。
synchronized(对象) {
while(条件不满足) {
对象.wait();
}
对应的处理逻辑
}
通知方遵循如下原则。
1）获得对象的锁。
2）改变条件。
3）通知所有等待在对象上的线程。
synchronized(对象) {
改变条件
对象.notifyAll();
}
管道输入/输出流
管道输入/输出流和普通的文件输入/输出流或者网络输入/输出流不同之处在于，它主要用于线程之间的数据传输，而传输的媒介为内存。管道输入/输出流主要包括了如下4种具体实现：PipedOutputStream、PipedInputStream、PipedReader和PipedWriter，前两种面向字节，而后两种面向字符。在代码清单4-12所示的例子中，创建了printThread，它用来接受main线程的输入，任何main线程的输入均通过PipedWriter写入，而printThread在另一端通过PipedReader将内容读出并打印。
import java.io.IOException;
import java.io.PipedReader;
public class Piped {
public static void main(String[] args) throws Exception {
PipedWriter out = new PipedWriter();
PipedReader in = new PipedReader();
// 将输出流和输入流进行连接，否则在使用时会抛出IOException
out.connect(in);
Thread printThread = new Thread(new Print(in), "PrintThread");
printThread.start();
int receive = 0;
try {
while ((receive = System.in.read()) != -1) {
out.write(receive);
}
} finally {
out.close();
}
}
static class Print implements Runnable {
private PipedReader in;
public Print(PipedReader in) {
this.in = in;
}
public void run() {
int receive = 0;
try {
while ((receive = in.read()) != -1) {
System.out.print((char) receive);
}
} catch (IOException ex) {
}
}
}
}
对于Piped类型的流，必须先要进行绑定，也就是调用connect()方法，如果没有将输入/输
出流绑定起来，对于该流的访问将会抛出异常。
Thread.jion()使用
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。线程Thread除了提供join()方法之外，还提供了join(long millis)和join(longmillis,int nanos)两个具备超时特性的方法。这两个超时方法表示，如果线程thread在给定的超时时间里没有终止，那么将会从该超时方法中返回。在代码清单4-13所示的例子中，创建了10个线程，编号0~9，每个线程调用前一个线程的join()方法，也就是线程0结束了，线程1才能从join()方法中返回，而线程0需要等待main线程结束。
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class Join {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Thread previous = Thread.currentThread();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// 每个线程拥有前一个线程的引用，需要等待前一个线程终止，才能从等待中返回
Thread thread = new Thread(new Domino(previous), String.valueOf(i));
thread.start();
previous = thread;
}
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " terminate.");
}
static class Domino implements Runnable {
private Thread thread;
public Domino(Thread thread) {
this.thread = thread;
}
public void run() {
try {
thread.join();
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " terminate.");
}
}
}
main terminate.
0 terminate.
1 terminate.
2 terminate.
3 terminate.
4 terminate.
5 terminate.
6 terminate.
7 terminate.
8 terminate.
9 terminate.
从上述输出可以看到，每个线程终止的前提是前驱线程的终止，每个线程等待前驱线程终止后，才从join()方法返回，这里涉及了等待/通知机制（等待前驱线程结束，接收前驱线程结束通知）。代码清单4-14是JDK中Thread.join()方法的源码（进行了部分调整）。
// 加锁当前线程对象
public final synchronized void join() throws InterruptedException {
// 条件不满足，继续等待
while (isAlive()) {
wait(0);
}
// 条件符合，方法返回
}
当线程终止时，会调用线程自身的notifyAll()方法，会通知所有等待在该线程对象上的线程。可以看到join()方法的逻辑结构与4.3.3节中描述的等待/通知经典范式一致，即加锁、循环和处理逻辑3个步骤。
ThreadLocal的使用**
普通变量
ThreadLocal，即线程变量，是一个以ThreadLocal对象为键、任意对象为值的存储结构。这个结构被附带在线程上，也就是说一个线程可以根据一个ThreadLocal对象查询到绑定在这个线程上的一个值。可以通过set(T)方法来设置一个值，在当前线程下再通过get()方法获取到原先设置的值。在代码清单4-15所示的例子中，构建了一个常用的Profiler类，它具有begin()和end()两个方法，而end()方法返回从begin()方法调用开始到end()方法被调用时的时间差，单位是毫秒。
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class Profiler {
// 第一次get()方法调用时会进行初始化（如果set方法没有调用），每个线程会调用一次
private static final ThreadLocal<Long> TIME_THREADLOCAL = new ThreadLocal<Long>() {
protected Long initialValue() {
return System.currentTimeMillis();
}
};
public static final void begin() {
TIME_THREADLOCAL.set(System.currentTimeMillis());
}
public static final long end() {
return System.currentTimeMillis() - TIME_THREADLOCAL.get();
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
Profiler.begin();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
System.out.println("Cost: " + Profiler.end() + " mills");
}
}
Profiler可以被复用在方法调用耗时统计的功能上，在方法的入口前执行begin()方法，在方法调用后执行end()方法，好处是两个方法的调用不用在一个方法或者类中，比如在AOP（面向方面编程）中，可以在方法调用前的切入点执行begin()方法，而在方法调用后的切入点执行end()方法，这样依旧可以获得方法的执行耗时。
对象变量
不同的线程在使用TopicDao时，先判断connThreadLocal.get()是否是null，如果是null，则说明当前线程还没有对应的Connection对象，这时创建一个Connection对象并添加到本地线程变量中；如果不为null，则说明当前的线程已经拥有了Connection对象，直接使用就可以了。这样，就保证了不同的线程使用线程相关的Connection，而不会使用其它线程的Connection。因此，这个TopicDao就可以做
package com.test;
import java.sql.Connection;
import java.sql.SQLException;
import java.sql.Statement;
public class TestDaoNew {
// ①使用ThreadLocal保存Connection变量
private static ThreadLocal<Connection> connThreadLocal = new ThreadLocal<Connection>();
public static Connection getConnection() {
// ②如果connThreadLocal没有本线程对应的Connection创建一个新的Connection，
// 并将其保存到线程本地变量中。
if (connThreadLocal.get() == null) {
Connection conn = getConnection();
connThreadLocal.set(conn);
return conn;
} else {
return connThreadLocal.get();// ③直接返回线程本地变量
}
}
public void addTopic() throws SQLException {
// ④从ThreadLocal中获取线程对应的Connection
Statement stat = getConnection().createStatement();
}
到singleton共享了。
当然，这个例子本身很粗糙，将Connection的ThreadLocal直接放在DAO只能做到本DAO的多个方法共享Connection时不发生线程安全问题，但无法和其它DAO共用同一个Connection，要做到同一事务多DAO共享同一Connection，必须在一个共同的外部类使用ThreadLocal保存Connection。
package com.test;
import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;
public class ConnectionManager {
private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() {
@Override
protected Connection initialValue() {
Connection conn = null;
try {
conn = DriverManager.getConnection(
"jdbc:mysql://localhost:3306/test", "username",
"password");
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
}
return conn;
}
};
public static Connection getConnection() {
return connectionHolder.get();
}
public static void setConnection(Connection conn) {
connectionHolder.set(conn);
}
}
经典应用：超时等待
开发人员经常会遇到这样的方法调用场景：调用一个方法时等待一段时间（一般来说是给
定一个时间段），如果该方法能够在给定的时间段之内得到结果，那么将结果立刻返回，反之，
超时返回默认结果。
// 对当前对象加锁
public synchronized Object get(long mills) throws InterruptedException {
long future = System.currentTimeMillis() + mills;
long remaining = mills;
// 当超时大于0并且result返回值不满足要求
while ((result == null) && remaining > 0) {
wait(remaining);
remaining = future - System.currentTimeMillis();
}
return result;
}