Java基础之线程（Threads）与并发

文章目录

• 零、课上内容
• 一、线程基础
• 二、简单的线程同步
• • 1. synchronized关键字
  • 2. 死锁
  • 3. wait和notify

零、课上内容

线程的生命周期

• 调用start前不参与调度
• 只有在run结束后，该线程才会结束（不会被强制关闭）
• yield()有让的意思，指正在运行的程序主动让出CPU。

线程操作

其中sleep和yield是静态成员函数，这意味着sleep和yield只能对当前正在运行的线程起作用

函数的synchronized

当函数所有的操作都需要被同步，并且它的key是this时，可以为函数加synchronized关键字。

解决死锁的方案是放弃synchronized？？

一、线程基础

1. 基础信息

线程是任务执行和CPU使用的最小单元，是各自运行的任务体，线程之间可以共享变量。

线程类型（Thread）实现了Runnable接口（含有无参的run方法）。
线程可以接受Runnable实现实例化后的runnable对象，进而获取它的runnable方法。

对于线程对象：Thread t = new Thread(r);，有上图所示操作：

• 它可以调用t.start()启动线程，这意味着该线程将被放入ready queue中。当它被分配到时间片中时，就会执行其run方法。（从此看出，应当避免直接调用run方法，而应当在Thread中使用start方法，从而获得多线程的效果）
• Thread.sleep()可以让当前进程挂起，等待一定时间（传入和millis参数）后再放入ready queue中，它挂起的同时其他线程也可以执行。
• stop、suspend和resume已经不再使用。
• run方法执行完成后，线程就会结束。stop弃用之后，线程不能被强制结束。
• interrupt()方法是成员方法，尝试调用的线程中断。线程自己对自己的中断是始终被允许的，其他线程令某线程中断时就需要检查（可能会报错），如果一个线程处于阻塞状态，无法中断并返回InterruptedException。

2. 线程的优先级

Thread.setPriority(int n)：可以看到这是一个静态方法，用与设置当前线程的优先级，1~10，默认5。

3. 线程的状态与生命周期

Java线程的状态有以下几种：

• New：新创建的线程，尚未执行，这时线程不参与调度
• Ready：执行了start方法后的线程
• Runnable：运行中的线程，正在执行run()方法的Java代码；
• Blocked：运行中的线程，因为某些操作被阻塞而挂起；
• Waiting：运行中的线程，因为某些操作在等待中；
• Timed Waiting：运行中的线程，因为执行sleep()方法正在计时等待；
• Finished：线程已终止，因为run()方法执行完毕。
  
  线程终止的原因：
• run执行结束或遇到return语句
• run方法抛出异常（这里指的是未处理的，应当避免的Exception，如下标越界等）
• 不再使用stop

join()的用法

一个线程可以等待另一个线程直到其运行结束。A线程可以调用b.join()，进而等待t线程结束后再继续运行。

对结束后的线程调用join会立刻返回

也可以使用join(long millis)，从而让调用的线程等待目标线程等待指定上限时间，之后则不再等待。

4. 线程的中断

如果线程需要执行一个长时间任务，它可能需要被中断，如中断速度过慢的下载。这个中断信号应当由其他线程给予，并且该线程能够自行判断情况并处理，Java使用interrupt()和相关调用解决问题。

其他线程可以调用目标线程的interrupt()方法，从而在j检查通过的情况下使得目标函数的中断状态置位。而可能会被中断的线程应当反复检测自身的中断状态（调用isInterrupted()方法）。

目标线程有2种方法察觉到自己被调用中断方法：

• 在目标线程正在运行的时候，通过检测检测到了isInterrupted()为真。此时它应当做出决策，尽快结束自己（但其实并不是强制的）。
• 当目标线程正在被**阻塞（Blocked）**时（三个使线程进入阻塞状态的操作：sleep、wait和join都声明抛出InterruptedException，所以理论上它们都应当在try-catch块中），如果阻塞动作抛出InterruptedException，这说明他们被调用中断方法，此时它们要做的也是尽快结束自己。

进程对自身调用中断函数是始终被允许的

volatile关键字

线程间的共享变量应当使用volatile关键字声明。

在Java虚拟机中，变量的值保存在主内存中，但是，当线程访问变量时，它会先获取一个副本，并保存在自己的工作内存中。如果线程修改了变量的值，虚拟机会在某个时刻把修改后的值回写到主内存，但是，这个时间是不确定的！这会导致如果一个线程更新了某个变量，另一个线程读取的值可能还是更新前的。

volatile关键字的目的是告诉虚拟机：

• 每次访问变量时，总是获取主内存的最新值；
• 每次修改变量后，立刻回写到主内存。

5. 守护线程（Deamon Thread)

Java程序入口是由JVM启动main线程，main线程可启动其他线程，所有线程结束后程序结束。

但确实需要某种无限循环（比如一直定时触发任务）的线程，而在其它线程结束时，程序也应当结束。此时就应当使用守护线程：

Thread t = new MyThread();
t.setDaemon(true);
t.start();

将线程t设置为守护线程后，JVM退出时就不会管理守护线程是否结束。

显然守护线程不应该持有任何需要关闭的资源，否则就会在JVM退出时可能产生错误。

二、简单的线程同步

1. synchronized关键字

多线程对共享变量的操作可能会导致数据的不一致性，这需要保证操作代码的原子性。java最简单的原子性操作通过synchronized关键字实现原子操作。synchronized关键字的实现见此链接。

多个线程在进入synchronized语句块时，必须先获得锁（即传入的参数），否则就会阻塞。执行结束后，在synchronized语句块结束后，对应的进程就会释放锁。可以看到它确保了安全性，但性能下降。显然它是一种排他锁。

一些注意事项：

• 无论是否有异常，都会在synchronized结束处正确释放锁
• 当某个成员方法的函数体内所有语句都需要同步，并且这个语句的锁是当前对象（即this），可以对方法使用synchronized关键字
• 对类的静态方法使用synchronized关键字时，没有对象可供锁，因此锁住的是类对应的Class对象
• Java的synchronized获取的锁是可重入的（已获取锁的进程再次请求获取锁是合法的），也即：

synchronized(lock){
	...
	synchronized(lock){
		...
	}
}

是被允许的

不需要synchronized的操作

• 单行基本类型（long和double除外）赋值，例如：int n = m；（long和double是64位数据，JVM没有明确规定64位赋值操作是不是一个原子操作，不过在x64平台的JVM是把long和double的赋值作为原子操作实现的。）
• 多行引用类型赋值，例如：List<String> list = anotherList。

类的线程安全问题

没有特殊说明时，类一般默认是非线程安全的

以下是一些例外：

• String，Integer，LocalDate等所有成员变量都是final，多线程访问时不可写的不变类是线程安全的
• StringBuffer是线程安全的
• 类似Math等只提供静态方法，没有成员变量的类是线程安全的

2. 死锁

简而言之就是循环等待

3. wait和notify

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