Java多线程：多线程基础知识

一、线程安全性

定义：多个线程之间的操作无论采用何种执行时序或交替方式，都要保证不变性条件不被破坏

    “共享”：变量可以由多个线程同时访问；

    “可变”：变量的值在其生命周期内可以发生改变

如果当多个线程访问同一个可变的状态变量时，没有使用合适的同步，那么程序将会出现错误。有三种方式可以修复该问题：

• 不在线程之间共享该变量。

• 将状态变量修改为不可变的变量。

• 在访问状态变量时使用同步。

 

 

竞态条件：

    最常见的类型就是“先检查后执行”操作，即通过一个可能失效的观测接口来决定下一步的动作。

 

二、线程启动

• 继承Thread类，重写里面的run方法，用start方法启动线程
• 实现Runnable接口，实现里面的run方法，用new Thread(Runnable target).start()方法来启动

start()和run()

    线程的启动并不是简单的调用了run方法,而是由一个线程调度器来分别调用所有线程的run方法,普通的run方法如果没有执行完是不会返回的,也就是会一直执行下去,这样run方法下面的方法就不可能会执行了,可是线程里的run方法却不一样,它只有一定的CPU时间,执行过后就给别的线程了,这样反复的把CPU的时间切来切去,因为切换的速度很快,所以我们就感觉是很多线程在同时运行一样

    (01) mythread.run()是在“主线程main”中调用的，该run()方法直接运行在“主线程main”上。

    (02) mythread.start()会启动“线程mythread”，“线程mythread”启动之后，会调用run()方法；此时的run()方法是运行在“线程mythread”上。

http://blog.csdn.net/xuxurui007/article/details/7685076

 

三、线程同步

• synchronized关键字

内置锁（互斥锁）:

    在java中，每一个对象有且仅有一个同步锁。这也意味着，同步锁是依赖于对象而存在。线程在进入同步代码块之前会自动获得锁，并且在退出同步代码块时自动释放锁。同一时间最多只有一个线程持有该锁,其他线程必须等待或者阻塞，直到该线程释放锁。

    如果持有锁的时间过长，将会带来性能问题。

 

    实例锁 -- 锁在某一个实例对象上。如果该类是单例，那么该锁也具有全局锁的概念。

                   实例锁对应的就是synchronized关键字。

    全局锁 -- 该锁针对的是类，无论实例多少个对象，那么线程都共享该锁。

                   全局锁对应的就是static synchronized（或者是锁在该类的class或者classloader对象上）。

• volatile变量

    volatile相当于synchronized的弱实现，也就是说volatile实现了类似synchronized的语义，却又没有锁机制。它确保对volatile字段的更新以可预见的方式告知其他的线程。

    volatile包含以下语义：

    　　（1）Java 存储模型不会对valatile指令的操作进行重排序：这个保证对volatile变量的操作时按照指令的出现顺序执行的。

    　　（2）volatile变量不会被缓存在寄存器中（只有拥有线程可见）或者其他对CPU不可见的地方，每次总是从主存中读取volatile变量的结果。也就是说对于volatile变量的修改，其它线程总是可见的，并且不是使用自己线程栈内部的变量。也就是在happens-before法则中，对一个valatile变量的写操作后，其后的任何读操作理解可见此写操作的结果。

    尽管volatile变量的特性不错，但是volatile并不能保证线程安全的，也就是说volatile字段的操作不是原子性的，volatile变量只能保证可见性（一个线程修改后其它线程能够理解看到此变化后的结果），要想保证原子性，目前为止只能加锁！

 

四、线程协作

线程等待：

等待的原因可能是如下几种情况：

     （1）sleep() 的作用是让当前线程休眠，即当前线程会从“运行状态”进入到“休眠(阻塞)状态”。sleep()会指定休眠时间，线程休眠的时间会大于/等于该休眠时间；在线程重新被唤醒时，它会由“阻塞状态”变成“就绪状态”，从而等待cpu的调度执行。

     （2）通过调用join()方法使线程挂起，使自己等待另一个线程的结果，直到另一个线程执行完毕为止。

     （3）通过调用wait()方法使线程挂起，直到线程得到了notify()和notifyAll()消息，线程才会进入“可执行”状态。

     （4）yield()的作用是让步。它能让当前线程由“运行状态”进入到“就绪状态”，从而让其它具有相同优先级的等待线程获取执行权；但是，并不能保证在当前线程调用yield()之后，其它具有相同优先级的线程就一定能获得执行权；也有可能是当前线程又进入到“运行状态”继续运行！

 

注意：

　　(01) wait()是让线程由“运行状态”进入到“等待(阻塞)状态”，而yield()是让线程由“运行状态”进入到“就绪状态”。

　　(02) wait()是会让线程释放它所持有对象的同步锁，而yield()方法不会释放锁。

　　(03) sleep()使当前线程暂停执行一段时间，从而让其他线程有机会继续执行，但它并不释放对象锁

 

    wait()：   

    　　“当前线程”在调用wait()时，必须拥有该对象的同步锁。该线程调用wait()之后，会释放该锁；然后一直等待直到“其它线程”调用对象的同步锁的notify()或notifyAll()方法。然后，该线程继续等待直到它重新获取“该对象的同步锁”，然后就可以接着运行wait()后面的代码。wait()的作用是让“当前线程”等待，而“当前线程”是指正在cpu上运行的线程！因此调用wait()方法必须在同步块或者同步方法中进行（synchronized块或者synchronized方法）
　　wait的东西一定要notify吗？不一定，

    notify()：

    　　notify() 执行该方法的线程唤醒在对象的等待池中等待的一个线程，JVM从对象的等待池中随机选择一个线程，把它转到对象的锁池中。使线程由阻塞队列进入就绪状态。

    notifyAll():

    　　当前的线程已经放弃对资源的占有，通知所有的等待线程从wait()方法后的语句开始运行。

这里要注意一点：notify()和notifyAll()方法只是唤醒等待该对象的锁的线程，并不决定哪个线程能够获取到锁.

　　举个简单的例子：

　　假如有三个线程Thread1、Thread2和Thread3都在等待对象objectA的锁，此时Thread4拥有对象objectA的锁，当在Thread4中调用objectA.notify()方法之后，Thread1、Thread2和Thread3只有一个能被唤醒。注意，被唤醒不等于立刻就获取了objectA的锁，假若在Thread4中调用objectA.notifyAll()方法，则Thread1、Thread2和Thread3三个线程都会被唤醒，至于哪个线程接下来能够获取到objectA的锁就具体依赖于操作系统的调度了。

　　上面尤其要注意一点，一个线程被唤醒不代表立即获取了对象的锁，只有等调用完notify()或者notifyAll()并退出synchronized块，释放对象锁后，其余线程才可获得锁执行。

 

首先，wait()和notify(),notifyAll()是Object类的方法，sleep()和yield()是Thread类的方法。

　　当然由于Thread类继承了Object类，所以Thread也可以调用前面三个方法

　　由于每个对象都拥有锁，所以让当前线程等待某个对象的锁，当然应该通过这个对象来操作了。而不是用当前线程来操作，因为当前线程可能会等待多个对象的锁，如果通过线程来操作，就非常复杂了。

 

(1).常用的wait方法有wait()和wait(long timeout):

    void wait() 在其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法前，导致当前线程等待。 

    void wait(long timeout) 在其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法，或者超过指定的时间量前，导致当前线程等待。

    wait()后，线程会释放掉它所占有的“锁标志”，从而使线程所在对象中的其它synchronized数据可被别的线程使用。

    wait()和notify()因为会对对象的“锁标志”进行操作，所以它们必须在synchronized函数或synchronized　 block中进行调用。如果在non-synchronized函数或non-synchronized　block中进行调用，虽然能编译通过，但在运 行时会发生IllegalMonitorStateException的异常。

 

(2).Thread.sleep(long millis),必须带有一个时间参数。

    sleep(long)使当前线程进入停滞状态，所以执行sleep()的线程在指定的时间内肯定不会被执行；

    sleep(long)可使优先级低的线程得到执行的机会，当然也可以让同优先级和高优先级的线程有执行的机会；

    sleep(long)是不会释放锁标志的。

 

(3).yield()没有参数。

    sleep 方法使当前运行中的线程睡眼一段时间，进入不可运行状态，这段时间的长短是由程序设定的，yield 方法使当前线程让出CPU占有权，但让出的时间是不可设定的。

    yield()也不会释放锁标志。

 

    实际上，yield()方法对应了如下操作： 先检测当前是否有相同优先级的线程处于同可运行状态，如有，则把 CPU 的占有权交给此线程，否则继续运行原来的线程。所以yield()方法称为“退让”，它把运行机会让给了同等优先级的其他线程。

 

    sleep方法允许较低优先级的线程获得运行机会，但yield()方法执行时，当前线程仍处在可运行状态，所以不可能让出较低优先级的线程些时获得CPU占有权。 在一个运行系统中，如果较高优先级的线程没有调用 sleep 方法，又没有受到 I/O阻塞，那么较低优先级线程只能等待所有较高优先级的线程运行结束，才有机会运行。

 

    yield()只是使当前线程重新回到可执行状态，所以执行yield()的线程有可能在进入到可执行状态后马上又被执行。所以yield()只能使同优先级的线程有执行的机会。

 

sleep和yield区别：

　　1、sleep()方法会给其他线程运行的机会，而不考虑其他线程的优先级，因此会给较低线程一个运行的机会；yield()方法只会给相同优先级或者更高优先级的线程一个运行的机会。 

　　2、当线程执行了sleep(long millis)方法后，将转到阻塞状态，参数millis指定睡眠时间；当线程执行了yield()方法后，将转到就绪状态。 

　　3、sleep()方法声明抛出InterruptedException异常，而yield()方法没有声明抛出任何异常 

 

为什么notify(), wait()等函数定义在Object中，而不是Thread中?

　　Object中的wait(), notify()等函数，和synchronized一样，会对“对象的同步锁”进行操作。

wait()会使“当前线程”等待，因为线程进入等待状态，所以线程应该释放它锁持有的“同步锁”，否则其它线程获取不到该“同步锁”而无法运行！那么：notify()是依据什么唤醒等待线程的？或者说，wait()等待线程和notify()之间是通过什么关联起来的？答案是：依据“对象的同步锁”。

　　负责唤醒等待线程的那个线程(我们称为“唤醒线程”)，它只有在获取“该对象的同步锁”(这里的同步锁必须和等待线程的同步锁是同一个)，并且调用notify()或notifyAll()方法之后，才能唤醒等待线程。虽然，等待线程被唤醒；但是，它不能立刻执行，因为唤醒线程还持有“该对象的同步锁”。必须等到唤醒线程释放了“对象的同步锁”之后，等待线程才能获取到“对象的同步锁”进而继续运行。

　　总之，notify(), wait()依赖于“同步锁”，而“同步锁”是对象锁持有，并且每个对象有且仅有一个！这就是为什么notify(), wait()等函数定义在Object类，而不是Thread类中的原因。

Condition

Condition是在java 1.5中才出现的，它用来替代传统的Object的wait()、notify()实现线程间的协作，相比使用Object的wait()、notify()，使用Condition的await()、signal()这种方式实现线程间协作更加安全和高效。因此通常来说比较推荐使用Condition，Java阻塞队列实际上是使用了Condition来模拟线程间协作。

• Condition是个接口，基本的方法就是await()和signal()方法；
• Condition依赖于Lock接口，生成一个Condition的基本代码是lock.newCondition()
• 调用Condition的await()和signal()方法，都必须在lock保护之内，就是说必须在lock.lock()和lock.unlock之间才可以使用

　　Conditon中的await()对应Object的wait()；

　　Condition中的signal()对应Object的notify()；

　　Condition中的signalAll()对应Object的notifyAll()。

 

五、线程中断

http://blog.csdn.net/dlite/article/details/4218105

    Java的线程调度不提供抢占式中断，而采用协作式的中断。其实，协作式的中断，原理很简单，就是轮询某个表示中断的标记。

        

    通常，我们通过“标记”方式终止处于“运行状态”的线程。其中，包括“中断标记”和“额外添加标记”。

(01) 通过“中断标记”终止线程。

　　形式如下：

@Override
publicvoid run() {
    while (!isInterrupted()) {
        // 执行任务...    }
}

说明：isInterrupted()是判断线程的中断标记是不是为true。当线程处于运行状态，并且我们需要终止它时；可以调用线程的interrupt()方法，使用线程的中断标记为true，即isInterrupted()会返回true。此时，就会退出while循环。

注意：interrupt()并不会终止处于“运行状态”的线程！它会将线程的中断标记设为true。

(02) 通过“额外添加标记”。

　　形式如下：

private volatile boolean flag = true;
protected void stopTask() {
    flag = false;
}

@Override
public void run() {
    while (flag) {
        // 执行任务...    }
}

说明：线程中有一个flag标记，它的默认值是true；并且我们提供stopTask()来设置flag标记。当我们需要终止该线程时，调用该线程的stopTask()方法就可以让线程退出while循环。

注意：将flag定义为volatile类型，是为了保证flag的可见性。即其它线程通过stopTask()修改了flag之后，本线程能看到修改后的flag的值。

    通常，我们通过“中断”方式终止处于“阻塞状态”的线程。

当线程由于被调用了sleep(), wait(), join()等方法而进入阻塞状态；若此时调用线程的interrupt()将线程的中断标记设为true。由于处于阻塞状态，中断标记会被清除，同时产生一个InterruptedException异常。将InterruptedException放在适当的为止就能终止线程

@Override
public void run() {
    try {
        while (true) {
            // 执行任务...        }
    } catch (InterruptedException ie) {
        // 由于产生InterruptedException异常，退出while(true)循环，线程终止！    }
}

注意：对InterruptedException的捕获务一般放在while(true)循环体的外面，这样，在产生异常时就退出了while(true)循环。

 

 

参考资料：

    http://www.cnblogs.com/jobs/archive/2010/07/29/1788156.html

 　　梁飞：Java并发编程常识.pptx