談談我所熟悉的java中的多線程

前段時間讀了《Java併發編程實戰》感覺受益良多，以此博客來記錄下學習的知識點，以及感受

---

首先什麼是進程和線程

1.進程：計算機系統上運行的一個最小的獨立的單元
2.線程：是進程裏面運行的一個最新的單元，是cpu調度分配的最小單元

線程的生命週期

1.如圖所示

2.狀態描述

• new新建創建線程
• start是線程處於就緒狀態，等待cpu分配時間片
• run獲得cpu時間片，線程處於運行狀態
• join等待某個線程執行完畢，自己線程再執行
• sleep線程休眠一段時間自動運行
• yeild讓出時間片，等待cpu重新分配
• wait線程處於等待狀態，等待其他線程喚醒
• notify喚醒線程，使得線程處於就緒狀態
  （注：wait和notify是Object的方法，推薦使用java.util.conncurren下的Condition類）

線程的創建方法

• 繼承Thread類
• 實現Runnable接口（推薦使用，便於共享同一個變量，符合面向接口編程的思想）

多線程相關的知識點

• 線程私有的：
  pc計數器、棧內存

• 線程共享的
  堆內存、方法區
  也就是共享有狀態的單例，以及類的靜態變量

所以多線程併發問題都是不安全的操作了這兩個共享變量引起的

引起不安全的線程操作的原因

1. 原子性
   主要就是i++的操作
   1.1. 競態條件
   共享變量作爲了判斷條件，比如單例模式的實現就存在競態條件
   1.2. 複合操作
   非原子性操作
2. 可見性
   工作內存：線程私有
   主內存：線程共享
   步驟將主內存的數據拿入棧中，直到出棧的時候寫入主內存

使得線程安全的操作

• 原子性：加鎖，採用synchronized或者lock
• 可見性：volatile，作用直接從主內存中取數據和操作數據，防止指令重排序

鎖優化技術

• 鎖範圍優化：主要是鎖的顆粒度變小，例如單例：

    private CommonSingleton obj;

    private CommonSingleton() {

    }

    public synchronized CommonSingleton newSingletonInstance() {
        if (obj == null) {
            obj = new CommonSingleton();
        }

        return obj;
    }
}

鎖範圍變小的單例：

public class SafeSingleton {

    private SafeSingleton obj;

    private SafeSingleton() {

    }

    public SafeSingleton newSingletonInstance() {
        if (obj == null) {
            synchronized (SafeSingleton.class) {
                if (obj == null) {
                    obj = new SafeSingleton();
                }

            }
        }

        return obj;
    }
}

• 鎖分段技術：具體可以參考HashTable和ConcurrentHashMap,後這就是多個HashTable，加鎖鎖住整個對象，而是鎖住一部分
• 讀寫鎖分離：java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock

線程之間的通信

• Object對象自帶的wait(),sleep(),notify(),yeild()

• jdk1.4後支持的java.util.concurrent下的工具

• Condition:負責線程的等待和喚醒

• Semaphere:控制線程執行的數量
• CyclicBarrier:達到一定數目一起執行
• CountDownLatch:降到0一起執行
• Exchanger:線程之間交換數據

線程池技術

1. 線程池產生的原因：線程的過程主要分爲三塊，線程創建T1,線程執行T2，線程銷燬T3,由於頻繁的創建銷燬線程比較耗費時間和佔用系統的內存，所以產生了線程池，由線程池來負責T1和T3的操作，實現線程的複用

   常用的線程池Executors來創建

2. newFixedThreadPool：固定長度的線程池，緩存隊列是無界隊列LinkedBlockingQueue

3. newCachedThreadPool:無長度的線程池，沒有緩存隊列，用的是SynchronousQueue
4. newSingledThreadPool:獨立的線程池，和newFixedThreadPool的區別是corePoolSize和maximumPoolSize的值都是1
5. newSingleThreadScheduledExecutor:時間調度的線程池，用的是DelayedWorkQueue

線程池中的關鍵的參數

1. corePoolSize：核心的池數量，也就是初始的
2. maximumPoolSize：最大線程池數量
3. keepalivedTime:多久時間判斷線程是否已經執行結束
4. timeUnit:時間單位
5. workQueue:緩存的線程隊列
6. ThreadFactory:創建線程的工廠
7. RejectedExecutionHandler:拒絕策略
8. HashSet workers：運行的線程集
   ## 線程池的運行步驟 ##
   首先線程池裏面默認是沒有線程的，當用戶執行execute，判斷當前運行的線程數量是否小於corePoolSize，小於則交由workers去直接創建線程，並將當前運行線程加1，如果大於了corePoolSize，則將線程放入workQueue中，等待workers裏面有線程空閒出來，則去取，如果阻塞隊列裏面的超過maximumPoolSize，則由RejectedExecutionHandler去拒絕接收線程

    public static ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(MAX_QUERY_THREAD_NUM, 200, 0L,
            TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>(1024), new ThreadFactoryBuilder().build(),
            new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

注：並將線程池弄成單例，放在獨立的類裏面，防止簡歷多個線程池，造成浪費

Callable和Future

• 通過線程池的submit方法執行，與Runable不同的地方就是Callable的call方法會返回一個對象，可用take()方法去獲取，take()方法裏面可以控制時間
• CompleteService阻塞隊列，控制線程一起返回一起執行

Synchronized的實現原理

• 在java堆內存中，其實對象裏面有個對象頭的概念，對象頭裏面存儲着鎖的相關信息
• 輕量級鎖
• 偏移鎖
• 自旋鎖
• 重量級鎖