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java并发编程 线程基础

java并发编程 线程基础

1. java中的多线程

java是天生多线程的，可以通过启动一个main方法，查看main方法启动的同时有多少线程同时启动

public class OnlyMain {
    public static void main(String[] args) {
        //虚拟机线程管理接口
        ThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
        ThreadInfo[] threadInfos = threadMXBean.dumpAllThreads(false, false);
        for (ThreadInfo info : threadInfos) {
            System.out.printf("[%s] %s/n",info.getThreadId(),info.getThreadName());
        }
    }
}
////////////////////////////////控制台输出
[6] Monitor Ctrl-Break   
[5] Attach Listener    
[4] Signal Dispatcher   
[3] Finalizer    
[2] Reference Handler   
[1] main
  • Monitor Ctrl-Break ：IntelliJ IDEA执行用户代码的时候，实际是通过反射方式去调用，而与此同时会创建一个 Monitor Ctrl-Break 用于监控目的。
  • Attach Listener ：该线程是负责接收到外部的命令，执行该命令，并且把结果返回给发送者。通常我们会用一些命令去要求jvm给我们一些反馈信息，如：java -version、jmap、jstack等等。如果该线程在jvm启动的时候没有初始化，那么，则会在用户第一次执行jvm命令时，得到启动。
  • signal dispather ： 前面我们提到第一个Attach Listener线程的职责是接收外部jvm命令，当命令接收成功后，会交给signal dispather线程去进行分发到各个不同的模块处理命令，并且返回处理结果。signal dispather线程也是在第一次接收外部jvm命令时，进行初始化工作。
  • Finalizer ： JVM在垃圾收集时会将失去引用的对象包装成Finalizer对象（Reference的实现），并放入ReferenceQueue，由Finalizer线程来处理；最后将该Finalizer对象的引用置为null，由垃圾收集器来回收。
  • Reference Handler ：它主要用于处理引用对象本身（软引用、弱引用、虚引用）的垃圾回收问题。
  • main ：主线程，用于执行我们编写的java程序的main方法。

2. 启动多线程的方式

  1. 继承Thread类
  2. 实现runnable接口

  3. 实现callable接口

    private static class ThreadClass extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("this is threadClass");;
    }
}

private static class RunnableClass implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("this is runnableClass");;
    }
}

private static class CallableClass implements Callable<String>{
    @Override
    public String call() throws Exception {
        System.out.println("this is callableClass");;
        return "callableClass";
    }
}

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    ThreadClass threadClass = new ThreadClass();
    RunnableClass runnableClass = new RunnableClass();
    CallableClass callableClass = new CallableClass();
    // extends Thread start
    threadClass.start();
    // implements runnable start
    new Thread(runnableClass).start();
    // implements callable start
    FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(callableClass);
    new Thread(futureTask).start();
    System.out.println(futureTask.get());;
}
////////////////////////////////控制台输出
this is threadClass
this is runnableClass
this is callableClass
callableClass

3. 线程的停止

  1. 自然执行完或抛出异常
  2. 调用stop()，resume()，suspend()方法，但这些方法线程不会释放资源，会造成死锁；所以已经被jdk废弃

  3. interrupt()，isInterrupted()，static interrupted()

    interrupt() 中断一个线程，不是强制停止，通过协作的方式进行，将中断标志位置为true

    isInterrupted() 判定当前线程是否处于中断状态

    static interrupted() 判定当前线程是否处于中断状态，将中断标志位置为false

    private static class ThreadClass extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        String threadName = Thread.currentThread().getName();
        while (!isInterrupted()) {
            System.out.println(threadName +" is run!");
        }
        System.out.println(threadName + " flag is " + isInterrupted());
    }
}

private static class RunnableClass implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        String threadName = Thread.currentThread().getName();
        while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
            System.out.println(threadName +" is run!");
        }
        System.out.println(threadName + " flag is " + Thread.currentThread().isInterrupted());
    }
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    ThreadClass threadClass = new ThreadClass();
    threadClass.start();
    Thread.sleep(10);
    threadClass.interrupt();

    RunnableClass runnableClass = new RunnableClass();
    Thread runnableThread = new Thread(runnableClass,"runnableClass");
    runnableThread.start();
    Thread.sleep(10);
    runnableThread.interrupt();
}

    warning：如果线程中有 InterruptedException 异常的话，这是因为 InterruptedException 会重置异常标志位为false，会对异常中断位有影响，下面程序重复运行几次就会产生这样的异常情况。解决的方法就是在catch块中添加 interrupt() ； 

    private static class ThreadClass extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        String threadName = Thread.currentThread().getName();
        while (!isInterrupted()) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println(threadName + " flag1 is " + isInterrupted());
                //  interrupt();
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(threadName + " flag2 is " + isInterrupted());
        }
        System.out.println(threadName + " flag3 is " + isInterrupted());
    }
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    ThreadClass threadClass = new ThreadClass();
    threadClass.start();
    Thread.sleep(200);
    threadClass.interrupt();
}


//////////////////////////异常结果
Thread-0 flag2 is false
Thread-0 flag2 is false
Thread-0 flag1 is false
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
    at com.thread.demo.InterruptExceptionThread$ThreadClass.run(InterruptExceptionThread.java:16)
Thread-0 flag2 is false
Thread-0 flag2 is false
    
//////////////////////////正常结果
Thread-0 flag2 is false
Thread-0 flag2 is false
Thread-0 flag3 is true

4. 守护线程

当前JVM实例中尚存在任何一个非守护线程没有结束，守护线程就全部工作；只有当最后一个非守护线程结束时，守护线程随着JVM一同结束工作。守护线程的作用是为其他线程的运行提供便利服务，守护线程最典型的应用就是 GC (垃圾回收器)，它就是一个很称职的守护者。

在java中可以通过 setDaemon(true) 的方式将一个线程设置为守护线程

守护线程值得注意的地方：

  • thread.setDaemon(true)必须在thread.start()之前设置，否则会跑出一个IllegalThreadStateException异常。不能把正在运行的常规线程设置为守护线程。
  • 在Daemon线程中产生的新线程也是Daemon的。
  • 不要认为所有的应用都可以分配给Daemon来进行服务，比如读写操作或者计算逻辑。
  • 守护线程中包含try...catch...finally的时候，finally中的内容不一定能实现。
//读写操作
private static class WriteFileRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        try {
            File f = new File("daemon.txt");
            FileOutputStream os = new FileOutputStream(f, true);
            os.write("daemon".getBytes());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    WriteFileRunnable writeFileRunnable = new WriteFileRunnable();
    Thread writeThread = new Thread(writeFileRunnable);
    writeThread.setDaemon(true);
    writeThread.start();
}
//////////////////////////结果
//文件daemon.txt中没有"daemon"字符串。 

//包含try...catch...finally
private static class ThreadClass extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        String threadName = Thread.currentThread().getName();
        try {
            while (true) {
                System.out.println(threadName + " is run!");
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            System.out.println("....................finally");
        }
    }
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    ThreadClass threadClass = new ThreadClass();
    threadClass.setDaemon(true);
    threadClass.start();
    Thread.sleep(10);
}
//////////////////////////结果
Thread-0 is run!
Thread-0 is run!
Thread-0 is run!
Thread-0 is run!

Process finished with exit code 0

5. synchronized内置锁

在并发编程中存在线程安全问题，主要原因有： 存在共享数据 或 多线程共同操作共享数据 。关键字synchronized可以保证在同一时刻，只有一个线程可以执行某个方法或某个代码块，同时synchronized可以保证一个线程的变化可见（可见性）。

synchronized分为 类锁 和 对象锁 ，synchronized添加在方法中和使用synchronized(this)都是使用了对象锁，如果方法定义成静态的，再添加synchronized，此时锁为类锁。类锁和对象锁可以并行运行，不同对象的对象锁也是可以并行运行的。

  1. synchronized作用于实例方法

    public class SynchronizedDemo {
    private static class InstanceSyncMethod implements Runnable {
        static int tag = 1;   //共享资源

        public synchronized void increase() {
            tag++;
        }
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                increase();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        InstanceSyncMethod instance = new InstanceSyncMethod();
        Thread t1 = new Thread(instance);
        Thread t2 = new Thread(instance);
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(InstanceSyncMethod.tag);
    }
}
//////////////////////////输出结果
2001

    synchronized 用于实例对象的时候存在一个问题，当创建多个实例的时候，虽然方法上使用了 synchronized ，但是因为存在多个不同的实例对象锁，因此t都会进入各自的对象锁，也就是说多个线程使用的是不同的锁，因此线程安全是无法保证的。 

    //new新实例
Thread t1=new Thread(new InstanceSyncMethod());
//new新实例
Thread t2=new Thread(new InstanceSyncMethod());
t1.start();
t2.start();
//join含义:当前线程A等待thread线程终止之后才能从thread.join()返回
t1.join();
t2.join();
System.out.println(InstanceSyncMethod.tag);
////////////////////////////这个时候输出的结果就不确定是多少

    解决这种困境的的方式是将synchronized作用于静态的方法，这样的话，对象锁就当前类对象，由于无论创建多少个实例对象，但对于的类对象拥有只有一个，所有在这样的情况下对象锁就是唯一的。

  2. synchronized作用于静态方法

synchronized作用于静态方法时，其锁就是当前类的class对象锁。调用一个实例对象的非static synchronized方法，和静态 synchronized方法，是允许的，不会发生互斥现象，因为访问静态 synchronized 方法占用的锁是当前类的class对象，而访问非静态 synchronized 方法占用的锁是当前实例对象锁。

private static class InstanceSyncMethod implements Runnable {
    static int tag = 1;   //共享资源

    public static synchronized void increase() {
        tag++;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            increase();
        }
    }
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    //new新实例
    Thread t1 = new Thread(new InstanceSyncMethod());
    //new新实例
    Thread t2 = new Thread(new InstanceSyncMethod());
    t1.start();
    t2.start();
    t1.join();
    t2.join();
    System.out.println(InstanceSyncMethod.tag);
}
//////////////////////////输出结果
2001
  1. synchronized同步代码块

在某些情况下，方法体可能比较大，同时存在一些比较耗时的操作，而需要同步的代码又只有一小部分，就不建议直接对整个方法进行同步操作，此时可以使用同步代码块的方式对需要同步的代码进行包裹，这样就无需对整个方法进行同步操作。

private static class InstanceSyncMethod implements Runnable {
    static int tag = 1;   //共享资源

    @Override
    public void run() {
        synchronized (this){
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                tag++;
            }
        }
    }
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    //new新实例
    Thread t1 = new Thread(new InstanceSyncMethod());
    //new新实例
    Thread t2 = new Thread(new InstanceSyncMethod());
    t1.start();
    t2.start();
    t1.join();
    t2.join();
    System.out.println(InstanceSyncMethod.tag);
}
//////////////////////////输出结果
2001
    

//////////////////////////类似的方法块
//this,当前实例对象锁
synchronized(this){
    ...
}

//class对象锁
synchronized(XXX.class){
    ...
}

6. volatile

volatile让变量每次在使用的时候，都从主存中取。而不是从各个线程的“工作内存”。

volatile具有synchronized关键字的“可见性”，但是没有synchronized关键字的“并发正确性”，也就是说不保证线程执行的有序性。在Java内存模型中，有main memory，每个线程也有自己的memory。为了性能，一个线程会在自己的memory中保持要访问的变量的副本。这样就会出现同一个变量在某个瞬间，在一个线程的memory中的值可能与另外一个线程memory中的值，或者main memory中的值不一致的情况。

一个变量声明为volatile，就意味着这个变量是随时会被其他线程修改的，因此不能将它cache在线程memory中。

也就是说，volatile变量对于每次使用，线程都能得到当前volatile变量的最新值。但是volatile变量并不保证并发的正确性。

下面程序就是验证volatile不能保证线程执行的有序性。

private static class VolatileClass implements Runnable {
    private volatile int a = 1;

    @Override
    public void run() {
        String threadName = Thread.currentThread().getName();
        a = a + 1;
        System.out.println(threadName +":=" + a);
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        a = a + 1;
        System.out.println(threadName +":=" + a);
    }
}

public static void main(String[] args) {
    VolatileClass volatileClass = new VolatileClass();

    Thread t1 = new Thread(volatileClass);
    Thread t2 = new Thread(volatileClass);
    Thread t3 = new Thread(volatileClass);
    Thread t4 = new Thread(volatileClass);
    t1.start();
    t2.start();
    t3.start();
    t4.start();
}
//////////////////////////输出结果
Thread-0:=2
Thread-3:=5
Thread-2:=4
Thread-1:=3
Thread-3:=7
Thread-1:=7
Thread-0:=7
Thread-2:=7

7. ThreadLocal

threadlocal而是一个线程内部的存储类，可以在指定线程内存储数据，数据存储以后，只有指定线程可以得到存储数据。

private static ThreadLocal<Integer> localNum = new ThreadLocal<Integer>() {
    @Override
    public Integer initialValue() {
        return 1;
    }
};
private static class ThreadLoaclClass implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        String threadName = Thread.currentThread().getName();
        localNum.set(localNum.get() + 1);
        System.out.println(threadName +":=" + localNum.get());
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        localNum.set(localNum.get() + 1);
        System.out.println(threadName +":=" + localNum.get());
    }
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    ThreadLoaclClass loaclClass = new ThreadLoaclClass();

    Thread t1 = new Thread(loaclClass);
    Thread t2 = new Thread(loaclClass);
    Thread t3 = new Thread(loaclClass);
    Thread t4 = new Thread(loaclClass);
    t1.start();
    t2.start();
    t3.start();
    t4.start();
}
//////////////////////////输出结果
Thread-0:=2
Thread-3:=2
Thread-1:=2
Thread-2:=2
Thread-1:=3
Thread-2:=3
Thread-0:=3
Thread-3:=3

每个线程所产生的序号虽然都共享同一个实例，但它们并没有发生相互干扰的情况，而是各自产生独立的数字，这是因为我们通过ThreadLocal为每一个线程提供了单独的副本。

ThreadLocal和Synchronized都能解决多线程中相同变量的访问冲突问题，不同的是

  • Synchronized是通过线程等待，牺牲时间来解决访问冲突
  • ThreadLocal是通过每个线程单独一份存储空间，牺牲空间来解决冲突，并且相比于Synchronized，ThreadLocal具有线程隔离的效果，只有在线程内才能获取到对应的值，线程外则不能访问到想要的值。
原文  https://segmentfault.com/a/1190000021301726
正文到此结束
所属分类： Java 编程技术

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