Java 高并發 回顧線程--多線程基礎詳細介紹

什么是線程：
線程是進程內的執行單元
某個進程當中都有若干個線程。

線程是進程內的執行單元。

使用線程的原因是，進程的切換是非常重量級的操作，非常消耗資源。如果使用多進程，那么并發數相對來說不會很高。而線程是更細小的調度單元，更加輕量級，所以線程會較為廣泛的用于并發設計。

在Java當中線程的概念和操作系統級別線程的概念是類似的。事實上，Jvm將會把Java中的線程映射到操作系統的線程區。

當new出一個線程時，其實線程并沒有工作。它只是生成了一個實體，當你調用這個實例的start方法時，線程才真正地被啟動。啟動后到Runnable狀態，Runnable表示該線程的資源等等已經被準備好，已經可以執行了，但是并不表示一定在執行狀態，由于時間片輪轉，該線程也可能此時并沒有在執行。對于我們來說，該線程可以認為已經被執行了，但是是否真實執行，還得看物理cpu的調度。當線程任務執行結束后，線程就到了Terminated狀態。

有時候在線程的執行當中，不可避免的會申請某些鎖或某個對象的監視器，當無法獲取時，這個線程會被阻塞住，會被掛起，到了Blocked狀態。如果這個線程調用了wait方法，它就處于一個Waiting狀態。進入Waiting狀態的線程會等待其他線程給它notify，通知到之后由Waiting狀態又切換到Runnable狀態繼續執行。當然等待狀態有兩種，一種是無限期等待，直到被notify。一直則是有限期等待，比如等待10秒還是沒有被notify，則自動切換到Runnable狀態。

代碼操作：
新建線程
Thread thread = new Thread();
thread.start();

這樣就開啟了一個線程。
有一點需要注意的是

Thread thread = new Thread();
thread.run();
直接調用run方法是無法開啟一個新線程的。
start方法其實是在一個新的操作系統線程上面去調用run方法。換句話說，直接調用run方法而不是調用start方法的話，它并不會開啟新的線程，而是在調用run的當前的線程當中執行你的操作。

代碼實例：
Thread thread = new Thread("t1"){@Override
br/>@Override
{
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
};
thread.start();
如果調用start，則輸出是t1
Thread thread = new Thread("t1"){@Override
br/>@Override
{
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
};
thread.run();
如果是run,則輸出main。（直接調用run其實就是一個普通的函數調用而已，并沒有達到多線程的作用）

run方法的實現有兩種方式

第一種方式，直接覆蓋run方法，就如剛剛代碼中所示，最方便的用一個匿名類就可以實現。
Thread thread = new Thread("t1"){@Override
br/>@Override
{
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
};
第二種方式
Thread t1=new Thread(new CreateThread3());
CreateThread3()實現了Runnable接口。
在張孝祥的視頻中，推薦第二種方式，稱其更加面向對象。

終止線程
Thread.stop() 不推薦使用。它會釋放所有monitor (監視器)
在源碼中已經明確說明stop方法被Deprecated，在Javadoc中也說明了原因。

原因在于stop方法太過"暴力"了，無論線程執行到哪里，它將會立即停止掉線程。
舉例說明：

當寫線程得到鎖以后開始寫入數據，寫完id = 1，在準備將name = 1時被stop,釋放鎖。讀線程獲得鎖進行讀操作，讀到的id為1，而name還是0，導致了數據不一致。
最重要的是這種錯誤不會拋出異常，將很難被發現。

線程中斷
線程中斷有3種方法
public void Thread.interrupt() // 中斷線程
public boolean Thread.isInterrupted() // 判斷是否被中斷
public static boolean Thread.interrupted() // 判斷是否被中斷，并清除當前中斷狀態
什么是線程中斷呢？
如果不了解Java的中斷機制，這樣的一種解釋極容易造成誤解，認為調用了線程的interrupt方法就一定會中斷線程。
其實，Java的中斷是一種協作機制。也就是說調用線程對象的interrupt方法并不一定就中斷了正在運行的線程，它只是要求線程自己在合適的時機中斷自己。每個線程都有一個boolean的中斷狀態（不一定就是對象的屬性，事實上，該狀態也確實不是Thread的字段），interrupt方法僅僅只是將該狀態置為true。對于非阻塞中的線程, 只是改變了中斷狀態, 即Thread.isInterrupted()將返回true，并不會使程序停止;
舉例：
public void run(){//線程t1
while(true){
Thread.yield();
}
}
t1.interrupt();
這樣使線程t1中斷，是不會有效果的，只是更改了中斷狀態位。
如果希望非常優雅地終止這個線程，就該這樣做
public void run(){
while(true)
{
if(Thread.currentThread().isInterrupted()){
System.out.println("Interruted!");
break;
}
Thread.yield();
}
}
使用中斷，就對數據一致性有了一定的保證。

對于可取消的阻塞狀態中的線程, 比如等待在這些函數上的線程, Thread.sleep(), Object.wait(), Thread.join(), 這個線程收到中斷信號后, 會拋出InterruptedException, 同時會把中斷狀態置回為false.

對于取消阻塞狀態中的線程，可以這樣抒寫代碼：

public void run(){
while(true){
if(Thread.currentThread().isInterrupted()){
System.out.println("Interruted!");
break;
}
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("Interruted When Sleep");
//設置中斷狀態，拋出異常后會清除中斷標記位
Thread.currentThread().interrupt();
}
Thread.yield();
}
}

線程掛起
掛起（suspend）和繼續執行（resume）線程

suspend()不會釋放鎖
如果加鎖發生在resume()之前 ，則死鎖發生
這兩個方法都是Deprecated方法，不推薦使用。

原因在于，suspend不釋放鎖，因此沒有線程可以訪問被它鎖住的臨界區資源，直到被其他線程resume。因為無法控制線程運行的先后順序，如果其他線程的resume方法先被運行，那則后運行的suspend，將一直占有這把鎖，造成死鎖發生。

舉例：
package test;

public class Test{
static Object u = new Object();
static TestSuspendThread t1 = new TestSuspendThread("t1");
static TestSuspendThread t2 = new TestSuspendThread("t2");

public static class TestSuspendThread extends Thread{
public TestSuspendThread(String name){
setName(name);
}

@Override
public void run(){
synchronized (u)
{
System.out.println("in " + getName());
Thread.currentThread().suspend();
}
}
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
t1.start();
Thread.sleep(100);
t2.start();
t1.resume();
t2.resume();
t1.join();
t2.join();
}
}
讓t1,t2同時爭奪一把鎖，爭奪到的線程suspend，然后再resume，按理來說，應該某個線程爭奪后被resume釋放了鎖，然后另一個線程爭奪掉鎖，再被resume。
結果輸出是：

in t1
in t2

說明兩個線程都爭奪到了鎖，但是控制臺的紅燈還是亮著的，說明t1,t2一定有線程沒有執行完。我們dump出堆來看看
打開cmd
輸入jps會看到

將進程號復制
輸入jstack 進程號 然后就可以看到

發現t2一直被suspend。這樣就造成了死鎖。

join和yeild
yeild是個native靜態方法，這個方法是想把自己占有的cpu時間釋放掉，然后和其他線程一起競爭(注意yeild的線程還是有可能爭奪到cpu，注意與sleep區別)。在javadoc中也說明了，yeild是個基本不會用到的方法，一般在debug和test中使用。

join方法的意思是等待其他線程結束，就如suspend那節的代碼，想讓主線程等待t1,t2結束以后再結束。沒有結束的話，主線程就一直阻塞在那里。

舉例：
package test;

public class Test{
public volatile static int i = 0;

public static class AddThread extends Thread{@Override
br/>@Override
for (i = 0; i < 10000000; i++)
;
}
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
AddThread at = new AddThread();
at.start();
at.join();
System.out.println(i);
}
}
如果把上述代碼的at.join去掉，則主線程會直接運行結束，i的值會很小。如果有join,打印出的i的值一定是10000000。
那么join是怎么實現的呢？

join的本質

while(isAlive()){
wait(0);
}
join()方法也可以傳遞一個時間，意為有限期地等待，超過了這個時間就自動喚醒。
這樣就有一個問題，誰來notify這個線程呢，在thread類中沒有地方調用了notify？

在javadoc中，找到了相關解釋。當一個線程運行完成終止后，將會調用notifyAll方法去喚醒等待在當前線程實例上的所有線程,這個操作是jvm自己完成的。

所以javadoc中還給了我們一個建議，不要使用wait和notify/notifyall在線程實例上。因為jvm會自己調用，有可能與你調用期望的結果不同。

守護線程
在后臺默默地完成一些系統性的服務，比如垃圾回收線程、JIT線程就可以理解為守護線程。
當一個Java應用內，所有非守護進程都結束時，Java虛擬機就會自然退出。
此前有寫過一篇python中如何實現，查看這里。

而Java中變成守護進程就相對簡單了。

Thread t=new DaemonThread();
t.setDaemon(true);
t.start();
這樣就開啟了一個守護線程。
package test;

public class Test{
public static class DaemonThread extends Thread{@Override
br/>@Override
for (int i = 0; i < 10000000; i++){
System.out.println("hi");
}
}
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
DaemonThread dt = new DaemonThread();
dt.start();
}
}
當線程dt不是一個守護線程時，在運行后，我們能看到控制臺輸出hi
當在start之前加入

dt.setDaemon(true);
控制臺就直接退出了，并沒有輸出。

線程優先級
public final static int MIN_PRIORITY = 1;
public final static int NORM_PRIORITY = 5;
public final static int MAX_PRIORITY = 10;
package test;

public class Test{
public static class High extends Thread{
static int count = 0;@Override
br/>@Override
while (true){
synchronized (Test.class){
count++;
if (count > 10000000){
System.out.println("High");
break;
}
}
}
}
}
public static class Low extends Thread{
static int count = 0;@Override
br/>@Override
while (true){
synchronized (Test.class){
count++;
if (count > 10000000){
System.out.println("Low");
break;
}
}
}
}
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
High high = new High();
Low low = new Low();
high.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
low.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
low.start();
high.start();
}
}
Thread類中有3個變量定義了線程優先級。
讓一個高優先級的線程和低優先級的線程同時爭奪一個鎖，看看哪個最先完成。
當然并不一定是高優先級一定先完成。再多次運行后發現，高優先級完成的概率比較大，但是低優先級還是有可能先完成的。

基本的線程同步操作
synchronized:
Object.wait() Object.notify()
指定加鎖對象：對給定對象加鎖，進入同步代碼前要獲得給定對象的鎖。
直接作用于實例方法：相當于對當前實例加鎖，進入同步代碼前要獲得當前實例的鎖。
直接作用于靜態方法：相當于對當前類加鎖，進入同步代碼前要獲得當前類的鎖。
作用于實例方法，則不要new兩個不同的實例
作用于靜態方法，只要類一樣就可以了，因為加的鎖是類.class，可以new兩個不同實例。

舉例：
指定加鎖對象
public class AS implements Runnable{
static AS instance = new AS();
static int i =0;@Override
br/>@Override
for(int j=0;j<10000000;j++){
synchronized(instance){
i++:
}
}
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
    Thread t1 = new Thread(instance);
    Thread t2 = new Thread(instance);
    t1.start();t2.start();
    t1.join();t2.join();
    System.out.println(i);
}

}
作用于實例方法
public class AS2 implements Runnable{
static AS2 instance = new AS2();
static int i = 0;
public synchronized void increase(){i++;
}
@Override
br/>i++;
}
@Override
for(int j=0;j<1000000;j++){
increase();
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
Thread t1 = new Thread(instance);
Thread t2 = new Thread(increase);
t1.start();t2.start();
t1.join();t2.join();
System.out.println(i);
}
}
作用于靜態方法
public class ASClass implements Runnable{
static int i=0;
public static synchronized increase(){i++;
}
@Override
br/>i++;
}
@Override
for(int j=0;j<1000000;i++){
increase();
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
Thread t1 = new Thread(new ASClass());
Thread t2 = new Thread(new ASClass());
t1.start();t2.start();
t1.join();t2.join();
System.out.println(i);
}
}

wait和notify的用法：
public static class T1 extends Thread{
public void run(){
synchronized(object){
System.out.println(System.currentTimeMillis()+":T1 start");

        try{
            System.out.println(System.currentTimeMillis()+":T1 wait for object");
            object.wait();
        }catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(System.currentTimeMillis()+":T1 the end");
    }
}

}
public static class T2 extends Thread{
public void run(){
synchronized(object){
System.out.println(System.currentTimeMillis()+":T2 start! notify one thread");
object.notify();
System.out.println(System.currentTimeMillis()+":T2 the end");
try{
Thread.sleep(2000);
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}

    }
}

}
public static void main(String[] args){
Thread t1 = new T1();
Thread t2 = new T2();
t1.start();
t2.start();
}
PS：
synchronized(object){
object.notify();
}
必須拿到監視器才能往下走，所以如果沒有拿到監視器會報錯。

notifyAll:
public static class T1 extends Thread{
public void run(){
synchronized(object){
System.out.println(System.currentTimeMillis()+":T1 start! wait on object");

        try{
            object.wait();
            Thread.sleep(1000);
        }catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(System.currentTimeMillis()+":T1 the end");
    }
}

}
public static class T2 extends Thread{
public void run(){
synchronized(object){
System.out.println(System.currentTimeMillis()+":T2 start! notify all thread");
object.notifyAll();
System.out.println(System.currentTimeMillis()+":T2 the end");
try{
Thread.sleep(2000);
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}

    }
}

}
public static void main(String[] args){
Thread t1 = new T1();
Thread t12 = new T1();
t1.start();
t12.start();
Thread.sleep(1000);
Thread t2 = new T2();
t2.start();
}