Java高并发回顾线程--多线程基础详细介绍
什么是线程:
线程是进程内的执行单元
某个进程当中都有若干个线程。
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线程是进程内的执行单元。
使用线程的原因是,进程的切换是非常重量级的操作,非常消耗资源。如果使用多进程,那么并发数相对来说不会很高。而线程是更细小的调度单元,更加轻量级,所以线程会较为广泛的用于并发设计。
在Java当中线程的概念和操作系统级别线程的概念是类似的。事实上,Jvm将会把Java中的线程映射到操作系统的线程区。
当new出一个线程时,其实线程并没有工作。它只是生成了一个实体,当你调用这个实例的start方法时,线程才真正地被启动。启动后到Runnable状态,Runnable表示该线程的资源等等已经被准备好,已经可以执行了,但是并不表示一定在执行状态,由于时间片轮转,该线程也可能此时并没有在执行。对于我们来说,该线程可以认为已经被执行了,但是是否真实执行,还得看物理cpu的调度。当线程任务执行结束后,线程就到了Terminated状态。
有时候在线程的执行当中,不可避免的会申请某些锁或某个对象的监视器,当无法获取时,这个线程会被阻塞住,会被挂起,到了Blocked状态。如果这个线程调用了wait方法,它就处于一个Waiting状态。进入Waiting状态的线程会等待其他线程给它notify,通知到之后由Waiting状态又切换到Runnable状态继续执行。当然等待状态有两种,一种是无限期等待,直到被notify。一直则是有限期等待,比如等待10秒还是没有被notify,则自动切换到Runnable状态。
代码操作:
新建线程
Thread thread = new Thread();
thread.start();
这样就开启了一个线程。
有一点需要注意的是
Thread thread = new Thread();
thread.run();
直接调用run方法是无法开启一个新线程的。
start方法其实是在一个新的操作系统线程上面去调用run方法。换句话说,直接调用run方法而不是调用start方法的话,它并不会开启新的线程,而是在调用run的当前的线程当中执行你的操作。
代码实例:
Thread thread = new Thread("t1"){@Override
br/>@Override
{
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
};
thread.start();
如果调用start,则输出是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,则输出main。(直接调用run其实就是一个普通的函数调用而已,并没有达到多线程的作用)
run方法的实现有两种方式
第一种方式,直接覆盖run方法,就如刚刚代码中所示,最方便的用一个匿名类就可以实现。
Thread thread = new Thread("t1"){@Override
br/>@Override
{
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
};
第二种方式
Thread t1=new Thread(new CreateThread3());
CreateThread3()实现了Runnable接口。
在张孝祥的视频中,推荐第二种方式,称其更加面向对象。
终止线程
Thread.stop() 不推荐使用。它会释放所有monitor (监视器)
在源码中已经明确说明stop方法被Deprecated,在Javadoc中也说明了原因。
原因在于stop方法太过"暴力"了,无论线程执行到哪里,它将会立即停止掉线程。
举例说明:
当写线程得到锁以后开始写入数据,写完id = 1,在准备将name = 1时被stop,释放锁。读线程获得锁进行读操作,读到的id为1,而name还是0,导致了数据不一致。
最重要的是这种错误不会抛出异常,将很难被发现。
线程中断
线程中断有3种方法
public void Thread.interrupt() // 中断线程
public boolean Thread.isInterrupted() // 判断是否被中断
public static boolean Thread.interrupted() // 判断是否被中断,并清除当前中断状态
什么是线程中断呢?
如果不了解Java的中断机制,这样的一种解释极容易造成误解,认为调用了线程的interrupt方法就一定会中断线程。
其实,Java的中断是一种协作机制。也就是说调用线程对象的interrupt方法并不一定就中断了正在运行的线程,它只是要求线程自己在合适的时机中断自己。每个线程都有一个boolean的中断状态(不一定就是对象的属性,事实上,该状态也确实不是Thread的字段),interrupt方法仅仅只是将该状态置为true。对于非阻塞中的线程, 只是改变了中断状态, 即Thread.isInterrupted()将返回true,并不会使程序停止;
举例:
public void run(){//线程t1
while(true){
Thread.yield();
}
}
t1.interrupt();
这样使线程t1中断,是不会有效果的,只是更改了中断状态位。
如果希望非常优雅地终止这个线程,就该这样做
public void run(){
while(true)
{
if(Thread.currentThread().isInterrupted()){
System.out.println("Interruted!");
break;
}
Thread.yield();
}
}
使用中断,就对数据一致性有了一定的保证。
对于可取消的阻塞状态中的线程, 比如等待在这些函数上的线程, Thread.sleep(), Object.wait(), Thread.join(), 这个线程收到中断信号后, 会抛出InterruptedException, 同时会把中断状态置回为false.
对于取消阻塞状态中的线程,可以这样抒写代码:
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");
//设置中断状态,抛出异常后会清除中断标记位
Thread.currentThread().interrupt();
}
Thread.yield();
}
}
线程挂起
挂起(suspend)和继续执行(resume)线程
suspend()不会释放锁
如果加锁发生在resume()之前 ,则死锁发生
这两个方法都是Deprecated方法,不推荐使用。
原因在于,suspend不释放锁,因此没有线程可以访问被它锁住的临界区资源,直到被其他线程resume。因为无法控制线程运行的先后顺序,如果其他线程的resume方法先被运行,那则后运行的suspend,将一直占有这把锁,造成死锁发生。
举例:
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();
}
}
让t1,t2同时争夺一把锁,争夺到的线程suspend,然后再resume,按理来说,应该某个线程争夺后被resume释放了锁,然后另一个线程争夺掉锁,再被resume。
结果输出是:
in t1
in t2
说明两个线程都争夺到了锁,但是控制台的红灯还是亮着的,说明t1,t2一定有线程没有执行完。我们dump出堆来看看
打开cmd
输入jps会看到
将进程号复制
输入jstack 进程号 然后就可以看到
发现t2一直被suspend。这样就造成了死锁。
join和yeild
yeild是个native静态方法,这个方法是想把自己占有的cpu时间释放掉,然后和其他线程一起竞争(注意yeild的线程还是有可能争夺到cpu,注意与sleep区别)。在javadoc中也说明了,yeild是个基本不会用到的方法,一般在debug和test中使用。
join方法的意思是等待其他线程结束,就如suspend那节的代码,想让主线程等待t1,t2结束以后再结束。没有结束的话,主线程就一直阻塞在那里。
举例:
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);
}
}
如果把上述代码的at.join去掉,则主线程会直接运行结束,i的值会很小。如果有join,打印出的i的值一定是10000000。
那么join是怎么实现的呢?
join的本质
while(isAlive()){
wait(0);
}
join()方法也可以传递一个时间,意为有限期地等待,超过了这个时间就自动唤醒。
这样就有一个问题,谁来notify这个线程呢,在thread类中没有地方调用了notify?
在javadoc中,找到了相关解释。当一个线程运行完成终止后,将会调用notifyAll方法去唤醒等待在当前线程实例上的所有线程,这个操作是jvm自己完成的。
所以javadoc中还给了我们一个建议,不要使用wait和notify/notifyall在线程实例上。因为jvm会自己调用,有可能与你调用期望的结果不同。
守护线程
在后台默默地完成一些系统性的服务,比如垃圾回收线程、JIT线程就可以理解为守护线程。
当一个Java应用内,所有非守护进程都结束时,Java虚拟机就会自然退出。
此前有写过一篇python中如何实现,查看这里。
而Java中变成守护进程就相对简单了。
Thread t=new DaemonThread();
t.setDaemon(true);
t.start();
这样就开启了一个守护线程。
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();
}
}
当线程dt不是一个守护线程时,在运行后,我们能看到控制台输出hi
当在start之前加入
dt.setDaemon(true);
控制台就直接退出了,并没有输出。
线程优先级
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类中有3个变量定义了线程优先级。
让一个高优先级的线程和低优先级的线程同时争夺一个锁,看看哪个最先完成。
当然并不一定是高优先级一定先完成。再多次运行后发现,高优先级完成的概率比较大,但是低优先级还是有可能先完成的。
基本的线程同步操作
synchronized:
Object.wait() Object.notify()
指定加锁对象:对给定对象加锁,进入同步代码前要获得给定对象的锁。
直接作用于实例方法:相当于对当前实例加锁,进入同步代码前要获得当前实例的锁。
直接作用于静态方法:相当于对当前类加锁,进入同步代码前要获得当前类的锁。
作用于实例方法,则不要new两个不同的实例
作用于静态方法,只要类一样就可以了,因为加的锁是类.class,可以new两个不同实例。
举例:
指定加锁对象
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);
}
}
作用于实例方法
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);
}
}
作用于静态方法
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();
}
必须拿到监视器才能往下走,所以如果没有拿到监视器会报错。
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();
}
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