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以下是《瘋狂Java講義》中的一些知識(shí)，如有錯(cuò)誤，煩請(qǐng)指正。
概述
** 進(jìn)程特征**
- 獨(dú)立性：進(jìn)程是系統(tǒng)中獨(dú)立存在的實(shí)體，它可以擁有自己獨(dú)立的資源，每一個(gè)進(jìn)程都擁有自己私有的地址空間。在沒(méi)有經(jīng)過(guò)進(jìn)程本身允許的情況下，一個(gè)用戶進(jìn)程不可以直接訪問(wèn)其他進(jìn)程的地址空間。
- 動(dòng)態(tài)性：進(jìn)程與程序的區(qū)別在于：程序只是一個(gè)靜態(tài)的指令集合，而進(jìn)程是一個(gè)正在系統(tǒng)中活動(dòng)的指令集合。在進(jìn)程中加入了時(shí)間的概念。進(jìn)程具有自己的生命周期和各種不同的狀態(tài)，這些概念在程序中都是不具備的。
- 并發(fā)性：多個(gè)進(jìn)程可以在單個(gè)處理器上并發(fā)執(zhí)行，多個(gè)進(jìn)程之間不會(huì)互相影響。
并發(fā)與并行
并行指在同一時(shí)刻，有多條指令在多個(gè)處理器上同時(shí)執(zhí)行；并發(fā)指在同一時(shí)刻只能有一條指令執(zhí)行，但多個(gè)進(jìn)程指令被快速輪換執(zhí)行，使得宏觀上有多個(gè)進(jìn)程同時(shí)執(zhí)行的效果。
多線程編程的優(yōu)勢(shì)
- 進(jìn)程間不能共享內(nèi)存，但線程之間共享內(nèi)存非常容易。
- 系統(tǒng)創(chuàng)建進(jìn)程需要為該進(jìn)程重新分配系統(tǒng)資源，但創(chuàng)建線程則代價(jià)小得多，因此使用多線程來(lái)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并發(fā)比多進(jìn)程的效率高。
- Java語(yǔ)言內(nèi)置的多線程功能支持，而不是單純地作為底層操作系統(tǒng)的調(diào)度方式，從而簡(jiǎn)化了Java的多線程編程
創(chuàng)建線程
**a. 繼承Thread類創(chuàng)建線程類 **
- 定義Thread類的子類，并重寫該類的run方法，該run方法的方法體就是代表了線程需要完成的任務(wù)。因此，我們經(jīng)常把run方法稱為線程執(zhí)行體。
- 創(chuàng)建Thread子類的實(shí)例，即創(chuàng)建了線程對(duì)象。
- 調(diào)用線程對(duì)象的start方法來(lái)啟動(dòng)該線程。
public class FirstThread extends Thread
{
private int i ;
// 重寫run方法，run方法的方法體就是線程執(zhí)行體
public void run()
{
for ( ; i < 100 ; i++ )
{
// 當(dāng)線程類繼承Thread類時(shí)，直接使用this即可獲取當(dāng)前線程
// Thread對(duì)象的getName()返回當(dāng)前該線程的名字
// 因此可以直接調(diào)用getName()方法返回當(dāng)前線程的名
System.out.println(getName() + " " + i);
}
}
public static void main(String[] args)
{
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
// 調(diào)用Thread的currentThread方法獲取當(dāng)前線程
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " " + i);
if (i == 20)
{
// 創(chuàng)建、并啟動(dòng)第一條線程
new FirstThread().start();
// 創(chuàng)建、并啟動(dòng)第二條線程
new FirstThread().start();
}
}
}
}
**b. 實(shí)現(xiàn)Runnable接口創(chuàng)建線程類 **
- 定義Runnable接口的實(shí)現(xiàn)類，并重寫該接口的run方法，該run方法的方法體同樣是該線程的線程執(zhí)行體。
- 創(chuàng)建Runnable實(shí)現(xiàn)類的實(shí)例，并以此實(shí)例作為Thread的target來(lái)創(chuàng)建Thread對(duì)象，該Thread對(duì)象才是真正的線程對(duì)象。
- 調(diào)用線程對(duì)象的start方法來(lái)啟動(dòng)該線程。
public class SecondThread implements Runnable
{
private int i ;
// run方法同樣是線程執(zhí)行體
public void run()
{
for ( ; i < 100 ; i++ )
{
// 當(dāng)線程類實(shí)現(xiàn)Runnable接口時(shí)，
// 如果想獲取當(dāng)前線程，只能用Thread.currentThread()方法。
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " " + i);
}
}
public static void main(String[] args)
{
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " " + i);
if (i == 20)
{
SecondThread st = new SecondThread(); // ①
// 通過(guò)new Thread(target , name)方法創(chuàng)建新線程
new Thread(st , "新線程1").start();
new Thread(st , "新線程2").start();
}
}
}
}
c. 實(shí)現(xiàn)Callable創(chuàng)建多線程
Callable接口，該接口怎么看都像是Runnable接口的增強(qiáng)版，Callable接口也提供了一個(gè)call()方法可以作為線程執(zhí)行體，但call方法比run()方法功能更強(qiáng)大：call()方法可以有返回值；call()可以聲明拋出異常 。
Callable接口有泛型限制，其接口里的泛型形參類型與call方法返回值類型相同。而且Callable接口是函數(shù)式接口，因此可使用Lambda表達(dá)式創(chuàng)建Callable對(duì)象
- 定義Callable接口的實(shí)現(xiàn)類，并重寫該接口的call方法，該call方法的方法體同樣是該線程的線程執(zhí)行體。
- 創(chuàng)建Callable實(shí)現(xiàn)類的實(shí)例，并將該實(shí)例包裝成FutureTask，F(xiàn)utureTask實(shí)現(xiàn)了Runnable接口。
- 將FutureTask實(shí)例作為Thread的target來(lái)創(chuàng)建Thread對(duì)象，該Thread對(duì)象才是真正的線程對(duì)象。
- 調(diào)用線程對(duì)象的start方法來(lái)啟動(dòng)該線程。
public class ThirdThread
{
public static void main(String[] args)
{
// 創(chuàng)建Callable對(duì)象
ThirdThread rt = new ThirdThread();
// 先使用Lambda表達(dá)式創(chuàng)建Callable<Integer>對(duì)象，無(wú)須先創(chuàng)建Callable實(shí)現(xiàn)類
// 使用FutureTask來(lái)包裝Callable對(duì)象
FutureTask<Integer> task = new FutureTask<Integer>((Callable<Integer>)() -> {
int i = 0;
for ( ; i < 100 ; i++ )
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " 的循環(huán)變量i的值：" + i);
}
// call()方法可以有返回值
return i;
});
for (int i = 0 ; i < 100 ; i++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " 的循環(huán)變量i的值：" + i);
if (i == 20)
{
// 實(shí)質(zhì)還是以Callable對(duì)象來(lái)創(chuàng)建、并啟動(dòng)線程
new Thread(task , "有返回值的線程").start();
}
}
try
{
// 獲取線程返回值
System.out.println("子線程的返回值：" + task.get());
}
catch (Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
}
兩種線程方式的對(duì)比
采用實(shí)現(xiàn)Runnable接口方式的多線程：
- 線程類只是實(shí)現(xiàn)了Runnable接口，還可以可以繼承其他類。在這種方式下，可以多個(gè)線程共享同一個(gè)target對(duì)象，所以非常適合多個(gè)相同線程來(lái)處理
- 同一份資源的情況，從而可以將CPU，代碼和數(shù)據(jù)分開，形成清晰的模型，較好地體現(xiàn)了面向?qū)ο蟮乃枷搿?/li>
- 劣勢(shì)是：編程稍稍復(fù)雜，如果需要訪問(wèn)當(dāng)前線程，必須使用Thread.currentThread()方法。
采用繼承Thread類方式的多線程：
- 劣勢(shì)是：因?yàn)榫€程類已經(jīng)繼承了Thread類，所以不能再繼承其他父類。
- 優(yōu)勢(shì)是：編寫簡(jiǎn)單，如果需要訪問(wèn)當(dāng)前線程，無(wú)需使用Thread.currentThread()方法，直接使用this即可獲得當(dāng)前線程。
綜上一般推薦采用實(shí)現(xiàn)Runnable接口的方式來(lái)創(chuàng)建多進(jìn)程。
線程的生命周期
線程死亡
線程會(huì)以以下三種方式之一結(jié)束，一個(gè)結(jié)束后就處于死亡狀態(tài)：
- run()方法執(zhí)行完成，線程正常結(jié)束。
- 線程拋出一個(gè)未捕獲的 Exception或Error。
- 直接調(diào)用該線程的stop()方法來(lái)結(jié)束該線程——該方法容易導(dǎo)致死鎖，通常不推薦使用
join線程
Thread提供了讓一個(gè)線程等待另一個(gè)線程完成的方法：join() 方法。當(dāng)在某個(gè)程序執(zhí)行流中調(diào)用其他線程的join()方法時(shí)，調(diào)用線程將被阻塞，直到被join方法加入的join線程完成為止。
join()方法通常由使用線程的程序調(diào)用，以將大問(wèn)題劃分成許多小問(wèn)題，每個(gè)小問(wèn)題分配一個(gè)線程。當(dāng)所有的小問(wèn)題都得到處理后，再調(diào)用主線程來(lái)進(jìn)一步操作。
后臺(tái)線程
有一種線程，它是在后臺(tái)運(yùn)行的，它的任務(wù)是為其他的線程提供服務(wù)，這種線程被稱為“后臺(tái)線程（Daemon Thread）”，又稱為“守護(hù)線程” 或“精靈線程”。JVM的垃圾回收線程就是典型的后臺(tái)線程。
后臺(tái)線程有個(gè)特征：如果所有的前臺(tái)線程都死亡，后臺(tái)線程會(huì)自動(dòng)死亡。
調(diào)用Thread對(duì)象setDaemon(true)方法可將指定線程設(shè)置成后臺(tái)線程。
線程睡眠
如果我們需要讓當(dāng)前正在執(zhí)行的線程暫停一段時(shí)間，并進(jìn)入阻塞狀態(tài)，則可以通過(guò)調(diào)用Thread類的靜態(tài)sleep方法，sleep方法有兩種重載的形式：
static void sleep(long millis)：讓當(dāng)前正在執(zhí)行的線程暫停millis毫秒，并進(jìn)入阻塞狀態(tài)，該方法受到系統(tǒng)計(jì)時(shí)器和線程調(diào)度器的精度和準(zhǔn)確度的影響。
static void sleep(long millis, int nanos)：讓當(dāng)前正在執(zhí)行的線程暫停millis毫秒加nanos毫微妙，并進(jìn)入阻塞狀態(tài)，該方法受到系統(tǒng)計(jì)時(shí)器和線程調(diào)度器的精度和準(zhǔn)確度的影響。
線程讓步
yield()方法是一個(gè)和sleep方法有點(diǎn)相似的方法，它也是一個(gè)Thread類提供的一個(gè)靜態(tài)方法，它也可以讓當(dāng)前正在執(zhí)行的線程暫停，但它不會(huì)阻塞該線程。yield只是讓當(dāng)前線程暫停一下，讓系統(tǒng)的線程調(diào)度器重新調(diào)度一次，完全可能的情況是：當(dāng)某個(gè)線程調(diào)用了yield方法暫停之后，線程調(diào)度器又將其調(diào)度出來(lái)重新執(zhí)行。
實(shí)際上，當(dāng)某個(gè)線程調(diào)用了yield方法暫停之后，只有優(yōu)先級(jí)與當(dāng)前線程相同，或者優(yōu)先級(jí)比當(dāng)前線程更高的、就緒狀態(tài)的線程才會(huì)獲得執(zhí)行的機(jī)會(huì)。
sleep方法和yield方法的區(qū)別
- sleep方法暫停當(dāng)前線程后，會(huì)給其他線程執(zhí)行機(jī)會(huì)，不會(huì)理會(huì)其他線程的優(yōu)先級(jí)。但yield方法只會(huì)給優(yōu)先級(jí)相同，或優(yōu)先級(jí)更高的線程執(zhí)行機(jī)會(huì)。
- sleep方法會(huì)將線程轉(zhuǎn)入阻塞狀態(tài)，直到經(jīng)過(guò)阻塞時(shí)間才會(huì)轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)。而yield不會(huì)將線程轉(zhuǎn)入阻塞狀態(tài)，它只是強(qiáng)制當(dāng)前線程進(jìn)入就緒狀態(tài)。因此完全有可能某個(gè)線程調(diào)用yield方法暫停之后，立即再次獲得處理器資源被執(zhí)行。
- sleep方法聲明拋出了InterruptedException異常，所以調(diào)用sleep方法時(shí)要么捕捉該異常，要么顯式聲明拋出該異常。而yield方法則沒(méi)有聲明拋出任何異常。
- sleep方法比yield方法有更好的可移植性，通常不要依靠yield來(lái)控制并發(fā)線程的執(zhí)行。
線程優(yōu)先級(jí)
每個(gè)線程執(zhí)行時(shí)都有具有一定的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的線程獲得較多的執(zhí)行機(jī)會(huì)，而優(yōu)先級(jí)低的線程則獲得較少的執(zhí)行機(jī)會(huì)。
每個(gè)線程默認(rèn)的優(yōu)先級(jí)都與創(chuàng)建它的父線程具有相同的優(yōu)先級(jí)，默認(rèn)情況下，main線程的具有普通優(yōu)先級(jí)，由main線程創(chuàng)建的子線程也有普通優(yōu)先級(jí)。
Thread提供了setPriority(int newPriority)和getPriority()方法來(lái)設(shè)置和返回指定線程的優(yōu)先級(jí)，其中setPriority方法的參數(shù)可以是一個(gè)整數(shù)，范圍是1～10之間，也可以使Thread類的三個(gè)靜態(tài)常量：
MAX_PRIORITY：其值是10。
MIN_PRIORITY：其值是1。
NORM_PRIORITY：其值是5。
同步代碼塊
Java的多線程支持引入了同步監(jiān)視器來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，使用同步監(jiān)視器的通用方法就是同步代碼塊。
synchronized后括號(hào)里的obj就是同步監(jiān)視器，上面代碼的含義是：線程開始執(zhí)行同步代碼塊之前，必須先獲得對(duì)同步監(jiān)視器的鎖定。
選擇監(jiān)視器的目的：阻止兩條線程對(duì)同一個(gè)共享資源進(jìn)行并發(fā)訪問(wèn)。因此通常推薦使用可能被并發(fā)訪問(wèn)的共享資源充當(dāng)同步監(jiān)視器。對(duì)于上面的取錢模擬程序，我們應(yīng)該考慮使用賬戶（account）作為同步監(jiān)視器。
同步方法
Java的多線程安全支持還提供了同步方法，同步方法就是使用synchronized關(guān)鍵字來(lái)修飾某個(gè)方法，則該方法成為同步方法。對(duì)于同步方法而言，無(wú)需顯式指定同步監(jiān)視器，同步方法的同步監(jiān)視器是this，也就是該對(duì)象本身。
線程安全的類
- 不要對(duì)線程安全類的所有方法都進(jìn)行同步，只對(duì)那些會(huì)改變競(jìng)爭(zhēng)資源（競(jìng)爭(zhēng)資源也就是共享資源）的方法進(jìn)行同步。例如上面的Account類中accountNo屬性就無(wú)需同步，所以程序只對(duì)draw方法進(jìn)行同步控制。
- 如果可變類有兩種運(yùn)行環(huán)境：?jiǎn)尉€程環(huán)境和多線程環(huán)境，則應(yīng)該為該可變類提供兩種版本：線程不安全版本和線程安全版本。在單線程環(huán)境中使用線程不安全版本以保證性能，在多線程環(huán)境中使用線程安全版本。
釋放同步監(jiān)視器
線程會(huì)在如下幾種情況下釋放對(duì)同步監(jiān)視器的鎖定：
- 當(dāng)前線程的同步方法、同步代碼塊執(zhí)行結(jié)束，當(dāng)前線程即釋放同步監(jiān)視器。
- 當(dāng)線程在同步代碼塊、同步方法中遇到break、return終止了該代碼塊、該方法的繼續(xù)執(zhí)行，當(dāng)前線程將會(huì)釋放同步監(jiān)視器。
- 當(dāng)線程在同步代碼塊、同步方法中出現(xiàn)了未處理的Error或Exception，導(dǎo)致了該代碼塊、該方法異常結(jié)束時(shí)將會(huì)釋放同步監(jiān)視器。
- 當(dāng)線程執(zhí)行同步代碼塊或同步方法時(shí)，程序執(zhí)行了同步監(jiān)視器對(duì)象的wait()方法，則當(dāng)前線程暫停，并釋放同步監(jiān)視器。
同步鎖（Lock）
Lock是控制多個(gè)線程對(duì)共享資源進(jìn)行訪問(wèn)的工具。通常，鎖提供了對(duì)共享資源的獨(dú)占訪問(wèn)，每次只能有一個(gè)線程對(duì)Lock對(duì)象加鎖，線程開始訪問(wèn)共享資源之前應(yīng)先獲得Lock對(duì)象。不過(guò)，某些鎖可能允許對(duì)共享資源并發(fā)訪問(wèn)，如 ReadWriteLock（讀寫鎖）。當(dāng)然，在實(shí)現(xiàn)線程安全的控制中，通常喜歡使用ReentrantLock（可重入鎖）。使用該Lock對(duì)象可以顯式地加鎖、釋放鎖。
ReentrantLock鎖具有可重入性，也就是說(shuō)線程可以對(duì)它已經(jīng)加鎖的ReentrantLock鎖再次加鎖，ReentrantLock對(duì)象會(huì)維持一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)追蹤lock方法的嵌套調(diào)用，線程在每次調(diào)用lock()方法加鎖后，必須顯式調(diào)用unlock()方法來(lái)釋放鎖，所以一段被鎖保護(hù)的代碼可以調(diào)用另一個(gè)被相同鎖保護(hù)的方法
死鎖
當(dāng)兩個(gè)線程相互等待對(duì)方釋放同步監(jiān)視器時(shí)就會(huì)發(fā)生死鎖，Java虛擬機(jī)沒(méi)有監(jiān)測(cè)、也沒(méi)有采用措施來(lái)處理死鎖情況，所以多線程編程時(shí)應(yīng)該采取措施避免死鎖的出現(xiàn)。一旦出現(xiàn)死鎖，整個(gè)程序既不會(huì)發(fā)生任何異常，也不會(huì)給出任何提示，只是所有線程處于阻塞狀態(tài)，無(wú)法繼續(xù)。
線程的協(xié)調(diào)運(yùn)行
以借助于Object類提供的wait()、notify()和notifyAll()三個(gè)方法，這三個(gè)方法并不屬于Thread類，而是屬于Object類。但這三個(gè)方法必須同步監(jiān)視器對(duì)象調(diào)用。
關(guān)于這三個(gè)方法的解釋如下：
- wait()：導(dǎo)致當(dāng)前線程等待，直到其他線程調(diào)用該同步監(jiān)視器的notify()方法或notifyAll()方法來(lái)喚醒該線程。該wait()方法有三種形式：無(wú)時(shí)間參數(shù)的wait（一直等待，直到其他線程通知），帶毫秒?yún)?shù)的wait和帶毫秒、微秒?yún)?shù)的wait（這兩種方法都是等待指定時(shí)間后自動(dòng)蘇醒）。調(diào)用wait()方法的當(dāng)前線程會(huì)釋放對(duì)該同步監(jiān)視器的鎖定。
- notify()：?jiǎn)拘言诖送奖O(jiān)視器上等待的單個(gè)線程。如果所有線程都在此同步監(jiān)視器上等待，則會(huì)選擇喚醒其中一個(gè)線程。選擇是任意性的。只有當(dāng)前線程放棄對(duì)該同步監(jiān)視器的鎖定后（使用wait()方法），才可以執(zhí)行被喚醒的線程。
- notifyAll()：?jiǎn)拘言诖送奖O(jiān)視器上等待的所有線程。只有當(dāng)前線程放棄對(duì)該同步監(jiān)視器的鎖定后，才可以執(zhí)行被喚醒的線程。
使用條件變量控制協(xié)調(diào)
當(dāng)使用Lock對(duì)象來(lái)保證同步時(shí)，Java提供了一個(gè)Condition類來(lái)保持協(xié)調(diào)，使用Condition可以讓那些已經(jīng)得到Lock對(duì)象、卻無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行的線程釋放Lock對(duì)象，Condtion對(duì)象也可以喚醒其他處于等待的線程。
Condition 將同步監(jiān)視鎖方法（wait、notify 和 notifyAll）分解成截然不同的對(duì)象，以便通過(guò)將這些對(duì)象與Lock對(duì)象組合使用，為每個(gè)對(duì)象提供多個(gè)等待集（wait-set）。在這種情況下，Lock 替代了同步方法或同步代碼塊，Condition替代了同步監(jiān)視鎖的功能。
Condition實(shí)例實(shí)質(zhì)上被綁定在一個(gè)Lock對(duì)象上。要獲得特定Lock實(shí)例的Condition實(shí)例，調(diào)用Lock對(duì)象newCondition()方法即可。Condtion類提供了如下三個(gè)方法：
- await()：類似于隱式同步監(jiān)視器上的wait()方法，導(dǎo)致當(dāng)前線程等待，直到其他線程調(diào)用該Condtion的signal ()方法或signalAll ()方法來(lái)喚醒該線程。該await方法有更多變體：long awaitNanos(long nanosTimeout)、void awaitUninterruptibly()、awaitUntil(Date deadline)等，可以完成更豐富的等待操作。
- signal ()：?jiǎn)拘言诖薒ock對(duì)象上等待的單個(gè)線程。如果所有線程都在該Lock對(duì)象上等待，則會(huì)選擇喚醒其中一個(gè)線程。選擇是任意性的。只有當(dāng)前線程放棄對(duì)該Lock對(duì)象的鎖定后（使用await()方法），才可以執(zhí)行被喚醒的線程。
- signalAll()：?jiǎn)拘言诖薒ock對(duì)象上等待的所有線程。只有當(dāng)前線程放棄對(duì)該該Lock對(duì)象的鎖定后，才可以執(zhí)行被喚醒的線程。
線程池
系統(tǒng)啟動(dòng)一個(gè)新線程的成本是比較高的，因?yàn)樗婕暗脚c操作系統(tǒng)交互。在這種情形下，使用線程池可以很好地提高性能，尤其是當(dāng)程序中需要?jiǎng)?chuàng)建大量生存期很短暫的線程時(shí)，更應(yīng)該考慮使用線程池。
與數(shù)據(jù)庫(kù)連接池類似的是，線程池在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)即創(chuàng)建大量空閑的線程，程序?qū)⒁粋€(gè)Runnable對(duì)象傳給線程池，線程池就會(huì)啟動(dòng)一條線程來(lái)執(zhí)行該對(duì)象的run方法，當(dāng)run方法執(zhí)行結(jié)束后，該線程并不會(huì)死亡，而是再次返回線程池中成為空閑狀態(tài)，等待執(zhí)行下一個(gè)Runnable對(duì)象的run方法。
使用線程池的步驟
- 調(diào)用Executors類的靜態(tài)工廠方法創(chuàng)建一個(gè)ExecutorService對(duì)象或ScheduledExecutorService對(duì)象，其中前者代表簡(jiǎn)單的線程池，后者代表能以任務(wù)調(diào)度方式執(zhí)行線程的線程池。
- 創(chuàng)建Runnable實(shí)現(xiàn)類或Callable實(shí)現(xiàn)類的實(shí)例，作為線程執(zhí)行任務(wù)。
- 調(diào)用ExecutorService對(duì)象的submit方法來(lái)提交Runnable實(shí)例或Callable實(shí)例；或調(diào)用ScheduledExecutorService的schedule來(lái)執(zhí)行線程。
- 當(dāng)不想提交任何任務(wù)時(shí)調(diào)用ExecutorService對(duì)象的shutdown方法來(lái)關(guān)閉線程池。
