多線程基礎概念介紹

進程
是程序或任務的執(zhí)行的過程，具有動態(tài)性；
它持有資源（共享內(nèi)存，共享文件）和線程；
如：打開QQ、搜狗輸入法軟件時，我們啟動了兩個進程。

線程
系統(tǒng)中最小的執(zhí)行單元。 比如一個軟件里邊的各種任務就是線程；
同一進程中有多個線程；
線程共享進程的資源。

多線程
一個進程中可以開啟多條線程，多條線程可以并行（同時）執(zhí)行不同的任務；
多線程技術可以提高程序的執(zhí)行效率。

線程創(chuàng)建的兩種方式比較

• 繼承Thread類

public class ExtendThread {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread mt = new MyThread();
        mt.start();
//      mt.start();
        MyThread mt2 = new MyThread();
        mt2.start();
    }

}

class MyThread extends Thread{
    
    @Override
    public void run(){
        System.out.println("使用extends創(chuàng)建線程！!");
    }
}

• 實現(xiàn)Runnable接口

public class ImplementThread {
    public static void main(String[] args) {
        Mythread2 mt = new Mythread2();
        Thread th = new Thread(mt);
        th.start();
        Thread th2 = new Thread(mt);
        th2.start();
    }
}

class Mythread2 implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("使用implements創(chuàng)建線程！");
    }
    
}

注意事項：同一線程的start()方法不能重復調(diào)用
start()方法相關源碼如下：

public synchronized void start() {
        if (threadStatus != 0)  //start()方法不能被重復調(diào)用，否則會拋出異常
            throw new IllegalThreadStateException();
        /* Notify the group that this thread is about to be started
         * so that it can be added to the group's list of threads
         * and the group's unstarted count can be decremented. */
        group.add(this);  //加入到線程組中
        boolean started = false;
        try {
            start0();
            started = true;
        } finally {
            try {
                if (!started) {
                    group.threadStartFailed(this);
                }
            } catch (Throwable ignore) {
                /* do nothing. If start0 threw a Throwable then
                  it will be passed up the call stack */
            }
        }
    }
}
private native void start0();

附：Thread常用方法介紹

Thread常用方法

兩種實現(xiàn)方式對比：

• Runnable方式可以避免Thread方式由于Java單繼承特性帶來的缺陷

• Runnable方式實現(xiàn)可以被多個線程共享，適合于多個線程處理同一資源的情況

線程的生命周期

下圖是線程生命周期的詳細狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（注意：不能從阻塞狀態(tài)直接到運行狀態(tài)）

線程的生命周期

下面將對每一個狀態(tài)進行簡單的介紹

• 創(chuàng)建
  新建一個線程對象，如Thread td = new Thread();

• 就緒
  創(chuàng)建線程對象之后，調(diào)用start()方法（注意：此時線程只是進入了線程隊列，等待獲取CPU服務，具備了運行條件，但不一定已經(jīng)開始運行了）

• 運行
  處于就緒狀態(tài)的線程，一旦獲取CPU資源，就會進入運行狀態(tài)，開始執(zhí)行run()方法里面的邏輯

• 阻塞
  一個正在執(zhí)行的線程在某些情況下，由于某種原因而暫時讓出了CPU資源，暫停了自己的執(zhí)行，便進入了阻塞狀態(tài)。如：調(diào)用了sleep()方法

• 終止
  線程的run()方法執(zhí)行完畢，或者線程調(diào)用了stop()方法（現(xiàn)在已經(jīng)不推薦使用這種方式），線程便進入了終止狀態(tài)

附：更加詳細的線程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

更加詳細的線程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

守護線程介紹

Java線程有兩類

• 用戶線程
  運行在前臺，執(zhí)行具體的任務。如：用戶的主線程，連接網(wǎng)絡的子線程等

• 守護線程
  運行在后臺，為其他前臺線程服務。
  特點：
  一旦所有用戶線程都結(jié)束運行，守護線程也會隨JVM一起結(jié)束工作
  應用：
  數(shù)據(jù)庫連接池中的監(jiān)測線程
  JVM虛擬機啟動后的監(jiān)測線程
  常見：
  垃圾回收線程
  使用方法：
  調(diào)用Thread類的setDaemon(true)方法來設置當前線程為守護線程
  注意事項：
  ①setDaemon(true)必須在start()方法之前調(diào)用，否則會拋出異常IllegalThreadStateException
  ②在守護線程中產(chǎn)生的新線程也是守護線程
  ③不是所有的任務都可已分配給守護線程來執(zhí)行，如：讀寫操作或計算邏輯

內(nèi)存可見性

原子性
跟數(shù)據(jù)庫事務的原子性概念差不多，即一個操作（有可能包含有多個子操作）要么全部執(zhí)行（生效），要么全部都不執(zhí)行（都不生效）。

可見性
一個線程對共享變量值的修改，能夠及時地被其他線程看到。

共享變量
如果一個變量在多個線程的工作內(nèi)存中都存在副本，那么這個變量就是這幾個線程的共享變量。

Java內(nèi)存模型（JMM）
描述了Java程序中各種變量（線程共享變量）的訪問規(guī)則，以及在JVM中將變量存儲到內(nèi)存和從內(nèi)存中讀取出變量這樣的底層細節(jié)。

Java內(nèi)存模型

注意：

• 所有的變量都存儲在主內(nèi)存中
• 每個線程都有自己獨立的工作內(nèi)存，里面保存該線程使用到的變量的副本（即主內(nèi)存中共享變量的副本）

共享變量可見性實現(xiàn)原理

共享變量可見性實現(xiàn)原理

線程1對共享變量的修改想要被線程2及時看到，必須經(jīng)過以下兩個步驟：

• 把工作內(nèi)存1中更新過的共享變量刷新到主內(nèi)存中
• 將主內(nèi)存中最新的共享變量的值更新到工作內(nèi)存2中

Java語言層面實現(xiàn)可見性的兩種方式

• synchronized
  synchronized 關鍵字，代表這個方法加鎖,相當于不管哪一個線程A每次運行到這個方法時,都要檢查有沒有其它正在用這個方法的線程B（或者C D等）,有的話要等正在使用這個方法的線程B（或者C D）運行完這個方法后再運行此線程A，如果沒有其他線程正在用這個方法則線程A可以運行這個方法。

線程執(zhí)行互斥代碼的過程：
①獲得互斥鎖
②清空工作內(nèi)存
③從主內(nèi)存拷貝變量的最新副本到工作內(nèi)存
④執(zhí)行代碼
⑤將更改后的共享變量的值刷新到主內(nèi)存
⑥釋放互斥鎖

synchronized 關鍵字的兩種用法
①synchronized 方法
通過在方法聲明中加入 synchronized關鍵字來聲明 synchronized 方法。如：

public synchronized void accessVal(int newVal);

②synchronized 塊
通過 synchronized關鍵字來聲明synchronized 塊。語法如下：

synchronized(syncObject)
{　　
      //允許訪問控制的代碼
}

對synchronized (this)的一些理解(this指的是調(diào)用這個方法的對象)

1. 當兩個并發(fā)線程訪問同一個對象object中的這個synchronized(this)同步代碼塊時，一個時間內(nèi)只能有一個線程得到執(zhí)行。另一個線程必須等待當前線程執(zhí)行完這個代碼塊以后才能執(zhí)行該代碼塊。
2. 然而，當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時，另一個線程仍然可以訪問該object中的非synchronized(this)同步代碼塊。
3. 尤其關鍵的是，當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時，其他線程對object中所有其它synchronized(this)同步代碼塊的訪問將被阻塞。
4. 第三個例子同樣適用其它同步代碼塊。也就是說，當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時，它就獲得了這個object的對象鎖。結(jié)果，其它線程對該object對象所有同步代碼部分的訪問都被暫時阻塞。
5. 以上規(guī)則對其它對象鎖同樣適用。

注意：
線程加鎖時，將清空工作內(nèi)存中共享變量的值，從而使用共享變量時需要從主內(nèi)存重新讀取最新的值
線程解鎖時，必須把共享變量的最新值刷新到主內(nèi)存中

• volatile
  能夠保證volatile變量的可見性；不能保證volatile變量復合操作的原子性

實現(xiàn)方式：
通過加入內(nèi)存屏障和禁止重排序優(yōu)化實現(xiàn)
①對volatile變量執(zhí)行寫操作時，會在寫操作后加入一條store屏障指令
②對volatile變量執(zhí)行讀操作時，會在讀操作前加入一條load屏障指令

線程寫volatile變量的過程
①改變線程工作內(nèi)存中volatile變量副本的值
②將改變后的副本的值從工作內(nèi)存刷新到主內(nèi)存
線程讀volatile變量的過程：
①從主內(nèi)存中讀取volatile變量的最新值到線程的工作內(nèi)存中
②從工作內(nèi)存中讀取volatile變量的副本的值

適用場合：
①對變量的寫操作不依賴其當前值
不滿足：number++、count = count+5
滿足：boolean變量，記錄溫度變化的變量

②變量沒有包含在具有其它變量的不變式中
不滿足：不變式 low < up

兩種實現(xiàn)方式比較

• volatile不用加鎖，比synchronized更加輕量級，不會阻塞線程；
• 從內(nèi)存可見性分析，volatile讀操作相當于加鎖，volatile寫操作相當于解鎖；
• synchronized既能保證可見性，又能夠保證原子性；而volatile只能保證可見性，不能夠保證原子性

參考資料

[1]Java總結(jié)篇系列：Java多線程（一）
[2]深入理解java中的synchronized關鍵字
[3]java中synchronized的用法詳解

補充問題

1.Thread類的yield方法作用
yield()應該做的是讓當前運行線程回到可運行狀態(tài)，只允許具有相同優(yōu)先級的其他線程獲得運行機會。因此，使用yield()的目的是讓相同優(yōu)先級的線程之間能適當?shù)妮嗈D(zhuǎn)執(zhí)行。但是，實際中無法保證yield()達到讓步目的，因為讓步的線程還有可能被線程調(diào)度程序再次選中。

注意：sleep()可以使低優(yōu)先級的線程得到執(zhí)行的機會，當然也可以讓同優(yōu)先級、高優(yōu)先級的線程有執(zhí)行的機會。而yield()方法只能讓同優(yōu)先級的線程有執(zhí)行的機會。

2.為什么每個線程要使用工作內(nèi)存，而不直接訪問主內(nèi)存
①為了減少各線程對主內(nèi)存的頻繁訪問，各線程只需要訪問自己的工作內(nèi)存即可以獲取共享變量的副本值，將訪問壓力分攤到各線程的工作內(nèi)存中，主內(nèi)存只需要按照一定的規(guī)則同步共享變量的值到各線程的工作內(nèi)存。
注意：
“synchronized” — 保證在塊開始時都同步主內(nèi)存的值到工作內(nèi)存，而塊結(jié)束時將變量同步回主內(nèi)存

3.happens-before原則