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基本概念

程序和進(jìn)程的概念

• 程序 - 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) + 算法，主要指存放在硬盤(pán)上的可執(zhí)行文件。

• 進(jìn)程 - 主要指運(yùn)行在內(nèi)存中的可執(zhí)行文件。

• 目前主流的操作系統(tǒng)都支持多進(jìn)程，為了讓操作系統(tǒng)同時(shí)可以執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，但進(jìn)程是重量級(jí)的， 也就是新建一個(gè)進(jìn)程會(huì)消耗CPU和內(nèi)存空間等系統(tǒng)資源，因此進(jìn)程的數(shù)量比較局限。

線程的概念

• 為了解決上述問(wèn)題就提出線程的概念，線程就是進(jìn)程內(nèi)部的程序流，也就是說(shuō)操作系統(tǒng)內(nèi)部支持多 進(jìn)程的，而每個(gè)進(jìn)程的內(nèi)部又是支持多線程的，線程是輕量的，新建線程會(huì)共享所在進(jìn)程的系統(tǒng)資 源，因此目前主流的開(kāi)發(fā)都是采用多線程。

• 多線程是采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法來(lái)保證多個(gè)線程的并發(fā)執(zhí)行，所謂并發(fā)就是指宏觀并行微觀串行的機(jī) 制。

線程的創(chuàng)建（重中之重）

Thread類(lèi)的概念

• java.lang.Thread類(lèi)代表線程，任何線程對(duì)象都是Thread類(lèi)（子類(lèi)）的實(shí)例。

• Thread類(lèi)是線程的模板，封裝了復(fù)雜的線程開(kāi)啟等操作，封裝了操作系統(tǒng)的差異性。

創(chuàng)建方式

• 自定義類(lèi)繼承Thread類(lèi)并重寫(xiě)run方法，然后創(chuàng)建該類(lèi)的對(duì)象調(diào)用start方法。

• 自定義類(lèi)實(shí)現(xiàn)Runnable接口并重寫(xiě)run方法，創(chuàng)建該類(lèi)的對(duì)象作為實(shí)參來(lái)構(gòu)造Thread類(lèi)型的對(duì) 象，然后使用Thread類(lèi)型的對(duì)象調(diào)用start方法。

相關(guān)的方法

執(zhí)行流程

• 執(zhí)行main方法的線程叫做主線程，執(zhí)行run方法的線程叫做新線程/子線程。

• main方法是程序的入口，對(duì)于start方法之前的代碼來(lái)說(shuō)，由主線程執(zhí)行一次，當(dāng)start方法調(diào)用成 功后線程的個(gè)數(shù)由1個(gè)變成了2個(gè)，新啟動(dòng)的線程去執(zhí)行run方法的代碼，主線程繼續(xù)向下執(zhí)行，兩 個(gè)線程各自獨(dú)立運(yùn)行互不影響。

• 當(dāng)run方法執(zhí)行完畢后子線程結(jié)束，當(dāng)main方法執(zhí)行完畢后主線程結(jié)束。

• 兩個(gè)線程執(zhí)行沒(méi)有明確的先后執(zhí)行次序，由操作系統(tǒng)調(diào)度算法來(lái)決定。

方式的比較

繼承Thread類(lèi)的方式代碼簡(jiǎn)單，但是若該類(lèi)繼承Thread類(lèi)后則無(wú)法繼承其它類(lèi)，而實(shí)現(xiàn) Runnable接口的方式代碼復(fù)雜，但不影響該類(lèi)繼承其它類(lèi)以及實(shí)現(xiàn)其它接口，因此以后的開(kāi)發(fā)中 推薦使用第二種方式。

匿名內(nèi)部類(lèi)的方式

使用匿名內(nèi)部類(lèi)的方式來(lái)創(chuàng)建和啟動(dòng)線程。

線程的生命周期（熟悉）

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• 新建狀態(tài) - 使用new關(guān)鍵字創(chuàng)建之后進(jìn)入的狀態(tài)，此時(shí)線程并沒(méi)有開(kāi)始執(zhí)行。

• 就緒狀態(tài) - 調(diào)用start方法后進(jìn)入的狀態(tài)，此時(shí)線程還是沒(méi)有開(kāi)始執(zhí)行。

• 運(yùn)行狀態(tài) - 使用線程調(diào)度器調(diào)用該線程后進(jìn)入的狀態(tài)，此時(shí)線程開(kāi)始執(zhí)行，當(dāng)線程的時(shí)間片執(zhí)行完 畢后任務(wù)沒(méi)有完成時(shí)回到就緒狀態(tài)。

• 消亡狀態(tài) - 當(dāng)線程的任務(wù)執(zhí)行完成后進(jìn)入的狀態(tài)，此時(shí)線程已經(jīng)終止。

• 阻塞狀態(tài) - 當(dāng)線程執(zhí)行的過(guò)程中發(fā)生了阻塞事件進(jìn)入的狀態(tài)，如：sleep方法。 阻塞狀態(tài)解除后進(jìn)入就緒狀態(tài)。

線程的編號(hào)和名稱(chēng)（熟悉）

常用的方法（重點(diǎn)）

線程同步機(jī)制（重點(diǎn)）

基本概念

• 當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)同一種共享資源時(shí)，可能會(huì)造成數(shù)據(jù)的覆蓋等不一致性問(wèn)題，此時(shí)就需要對(duì)線 程之間進(jìn)行通信和協(xié)調(diào)，該機(jī)制就叫做線程的同步機(jī)制。

• 多個(gè)線程并發(fā)讀寫(xiě)同一個(gè)臨界資源時(shí)會(huì)發(fā)生線程并發(fā)安全問(wèn)題。

• 異步操作:多線程并發(fā)的操作，各自獨(dú)立運(yùn)行。

• 同步操作:多線程串行的操作，先后執(zhí)行的順序。

解決方案

• 由程序結(jié)果可知：當(dāng)兩個(gè)線程同時(shí)對(duì)同一個(gè)賬戶(hù)進(jìn)行取款時(shí)，導(dǎo)致最終的賬戶(hù)余額不合理。

• 引發(fā)原因：線程一執(zhí)行取款時(shí)還沒(méi)來(lái)得及將取款后的余額寫(xiě)入后臺(tái)，線程二就已經(jīng)開(kāi)始取款。

• 解決方案：讓線程一執(zhí)行完畢取款操作后，再讓線程二執(zhí)行即可，將線程的并發(fā)操作改為串行操 作。

• 經(jīng)驗(yàn)分享：在以后的開(kāi)發(fā)盡量減少串行操作的范圍，從而提高效率。

實(shí)現(xiàn)方式

• 在Java語(yǔ)言中使用synchronized關(guān)鍵字來(lái)實(shí)現(xiàn)同步/對(duì)象鎖機(jī)制從而保證線程執(zhí)行的原子性，具體 方式如下：

• 使用同步代碼塊的方式實(shí)現(xiàn)部分代碼的鎖定，格式如下： synchronized(類(lèi)類(lèi)型的引用) { 編寫(xiě)所有需要鎖定的代碼； }

• 使用同步方法的方式實(shí)現(xiàn)所有代碼的鎖定。 直接使用synchronized關(guān)鍵字來(lái)修飾整個(gè)方法即可 該方式等價(jià)于: synchronized(this) { 整個(gè)方法體的代碼 }

靜態(tài)方法的鎖定

• 當(dāng)我們對(duì)一個(gè)靜態(tài)方法加鎖，如: public synchronized static void xxx(){….}

• 那么該方法鎖的對(duì)象是類(lèi)對(duì)象。每個(gè)類(lèi)都有唯一的一個(gè)類(lèi)對(duì)象。獲取類(lèi)對(duì)象的方式:類(lèi)名.class。

• 靜態(tài)方法與非靜態(tài)方法同時(shí)使用了synchronized后它們之間是非互斥關(guān)系的。

• 原因在于：靜態(tài)方法鎖的是類(lèi)對(duì)象而非靜態(tài)方法鎖的是當(dāng)前方法所屬對(duì)象。

注意事項(xiàng)

使用synchronized保證線程同步應(yīng)當(dāng)注意:

• 多個(gè)需要同步的線程在訪問(wèn)同步塊時(shí)，看到的應(yīng)該是同一個(gè)鎖對(duì)象引用。

• 在使用同步塊時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量減少同步范圍以提高并發(fā)的執(zhí)行效率。

線程安全類(lèi)和不安全類(lèi)

• StringBuffer類(lèi)是線程安全的類(lèi)，但StringBuilder類(lèi)不是線程安全的類(lèi)。

• Vector類(lèi)和 Hashtable類(lèi)是線程安全的類(lèi)，但ArrayList類(lèi)和HashMap類(lèi)不是線程安全的類(lèi)。

• Collections.synchronizedList() 和 Collections.synchronizedMap()等方法實(shí)現(xiàn)安全。

死鎖的概念

//線程一執(zhí)行的代碼：
public void run(){
 synchronized(a){ //持有對(duì)象鎖a，等待對(duì)象鎖b
 synchronized(b){
 編寫(xiě)鎖定的代碼;
 }
 }
}
//線程二執(zhí)行的代碼：
public void run(){
 synchronized(b){ //持有對(duì)象鎖b，等待對(duì)象鎖a
 synchronized(a){
 編寫(xiě)鎖定的代碼;
 }
 }
}

注意： 在以后的開(kāi)發(fā)中盡量減少同步的資源，減少同步代碼塊的嵌套結(jié)構(gòu)的使用！

使用Lock（鎖）實(shí)現(xiàn)線程同步

基本概念

• 從Java5開(kāi)始提供了更強(qiáng)大的線程同步機(jī)制—使用顯式定義的同步鎖對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)。

• java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多個(gè)線程對(duì)共享資源進(jìn)行訪問(wèn)的工具。

• 該接口的主要實(shí)現(xiàn)類(lèi)是ReentrantLock類(lèi)，該類(lèi)擁有與synchronized相同的并發(fā)性，在以后的線程 安全控制中，經(jīng)常使用ReentrantLock類(lèi)顯式加鎖和釋放鎖。

常用的方法

與synchronized方式的比較

• Lock是顯式鎖，需要手動(dòng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟和關(guān)閉操作，而synchronized是隱式鎖，執(zhí)行鎖定代碼后自動(dòng) 釋放。

• Lock只有同步代碼塊方式的鎖，而synchronized有同步代碼塊方式和同步方法兩種鎖。

• 使用Lock鎖方式時(shí)，Java虛擬機(jī)將花費(fèi)較少的時(shí)間來(lái)調(diào)度線程，因此性能更好。

Object類(lèi)常用的方法

線程池（熟悉）

實(shí)現(xiàn)Callable接口

從Java5開(kāi)始新增加創(chuàng)建線程的第三種方式為實(shí)現(xiàn)java.util.concurrent.Callable接口。

常用的方法如下：V call() 計(jì)算結(jié)果并返回

FutureTask類(lèi)

java.util.concurrent.FutureTask類(lèi)用于描述可取消的異步計(jì)算，該類(lèi)提供了Future接口的基本實(shí) 現(xiàn)，包括啟動(dòng)和取消計(jì)算、查詢(xún)計(jì)算是否完成以及檢索計(jì)算結(jié)果的方法，也可以用于獲取方法調(diào)用 后的返回結(jié)果。

常用的方法如下：

FutureTask(Callable callable) 根據(jù)參數(shù)指定的引用來(lái)創(chuàng)建一個(gè)未來(lái)任務(wù)

V get() 獲取call方法計(jì)算的結(jié)果

線程池的由來(lái)

• 線程池的概念：首先創(chuàng)建一些線程，它們的集合稱(chēng)為線程池，當(dāng)服務(wù)器接受到一個(gè)客戶(hù)請(qǐng)求后，就 從線程池中取出一個(gè)空閑的線程為之服務(wù)，服務(wù)完后不關(guān)閉該線程，而是將該線程還回到線程池 中。

• 在線程池的編程模式下，任務(wù)是提交給整個(gè)線程池，而不是直接交給某個(gè)線程，線程池在拿到任務(wù) 后，它就在內(nèi)部找有無(wú)空閑的線程，再把任務(wù)交給內(nèi)部某個(gè)空閑的線程，任務(wù)是提交給整個(gè)線程 池，一個(gè)線程同時(shí)只能執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，但可以同時(shí)向一個(gè)線程池提交多個(gè)任務(wù)。

相關(guān)類(lèi)和方法

• 從Java5開(kāi)始提供了線程池的相關(guān)類(lèi)和接口：java.util.concurrent.Executors類(lèi)和 java.util.concurrent.ExecutorService接口。

• 其中Executors是個(gè)工具類(lèi)和線程池的工廠類(lèi)，可以創(chuàng)建并返回不同類(lèi)型的線程池，常用方法如 下：

• 其中ExecutorService接口是真正的線程池接口，主要實(shí)現(xiàn)類(lèi)是ThreadPoolExecutor，常用方法 如下