Java中的多线程你只要看这一篇就够了
目录
进程（Process）
进程（Thread）
进程与线程区别
数据字典
线程的状态
线程处理机制
基本线程类
Thread类相关方法
高级多线程控制类
1.ThreadLocal类
2.原子类
3.Lock类
4.容器类
5.管理类
6.JAVA DEMO
进程（Process）
定义
进程是具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度（若不支持线程机制，进程的系统调度的单位。否则，线程是系统调度的单位）的独立单位。
特点
- 进程是程序的一次执行过程。若程序执行两次甚至多次，则需要两个甚至多个进程。
- 进程是是正在运行程序的抽象。它代表运行的CPU，也称进程是对CPU的抽象。（虚拟技术的支持，将一个CPU变幻为多个虚拟的CPU）
- 系统资源（如内存、文件）以进程为单位分配。
- 操作系统为每个进程分配了独立的地址空间
- 操作系统通过“调度”把控制权交给进程。
局限
- 进程切换的代价、开销比较大；
- 在一个进程内也需要并行执行多个程序，实现不同的功能。
- 进程有时候性能比较低。
进程（Thread）
引入原因
- 应用的需要。比如打开一个浏览器，我想一边浏览网页，一边下载文件，一边播放音乐。如果一个浏览器是一个进程，那么这样的需求需要线程机制。
- 开销的考虑。在进程内创建、终止线程比创建、终止进程要快。同一进程内的线程间切换比进程间的切换要快,尤其是用户级线程间的切换。线程之间相互通信无须通过内核（同一进程内的线程共享内存和文件）
- 性能的考虑。多个线程中，任务功能不同（有的负责计算，有的负责I/O）,如果有多个处理器，一个进程就可以有很多的任务同时在执行。
属性
- 有标识符ID
- 有状态及状态转换，所以需要提供一些状态转换操作
- 不运行时需要保存上下文环境，所以需要程序计数器等寄存器
- 有自己的栈和栈指针
- 共享所在进程的地址空间和其它资源
进程与线程区别
- 定义方面：进程是程序在某个数据集合上的一次运行活动；线程是进程中的一个执行路径。（进程可以创建多个线程）
- 角色方面：在支持线程机制的系统中，进程是系统资源分配的单位，线程是CPU调度的单位。
- 资源共享方面：进程之间不能共享资源，而线程共享所在进程的地址空间和其它资源。同时线程还有自己的栈和栈指针，程序计数器等寄存器。
- 独立性方面：进程有自己独立的地址空间，而线程没有，线程必须依赖于进程而存在。
- 开销方面。进程切换的开销较大。线程相对较小。（前面也提到过，引入线程也出于了开销的考虑。）
数据字典
- 多线程：指的是这个程序（一个进程）运行时产生了不止一个线程
- 并行：多个cpu实例或者多台机器同时执行一段处理逻辑，是真正的同时。
- 并发：通过cpu调度算法，让用户看上去同时执行，实际上从cpu操作层面不是真正的同时。并发往往在场景中有公用的资源，那么针对这个公用的资源往往产生瓶颈，我们会用TPS或者QPS来反应这个系统的处理能力。
- 线程安全：经常用来描绘一段代码。指在并发的情况之下，该代码经过多线程使用，线程的调度顺序不影响任何结果。这个时候使用多线程，我们只需要关注系统的内存，cpu是不是够用即可。反过来，线程不安全就意味着线程的调度顺序会影响最终结果。
- 同步：Java中的同步指的是通过人为的控制和调度，保证共享资源的多线程访问成为线程安全，来保证结果的准确。如上面的代码简单加入
@synchronized关键字。在保证结果准确的同时，提高性能，才是优秀的程序。线程安全的优先级高于性能。
线程的状态
各种状态一目了然，值得一提的是"blocked"这个状态：
线程在Running的过程中可能会遇到阻塞(Blocked)情况
- 调用join()和sleep()方法，sleep()时间结束或被打断，join()中断,IO完成都会回到Runnable状态，等待JVM的调度。
- 调用wait()，使该线程处于等待池(wait blocked pool),直到notify()/notifyAll()，线程被唤醒被放到锁定池(lock blocked pool )，释放同步锁使线程回到可运行状态（Runnable）
- 对Running状态的线程加同步锁(Synchronized)使其进入(lock blocked pool ),同步锁被释放进入可运行状态(Runnable)。
此外，在runnable状态的线程是处于被调度的线程，此时的调度顺序是不一定的。Thread类中的yield方法可以让一个running状态的线程转入runnable。
线程处理机制
monitor
他们是应用于同步问题的人工线程调度工具。讲其本质，首先就要明确monitor的概念，Java中的每个对象都有一个监视器，来监测并发代码的重入。在非多线程编码时该监视器不发挥作用，反之如果在synchronized 范围内，监视器发挥作用。
wait/notify必须存在于synchronized块中。并且，这三个关键字针对的是同一个监视器（某对象的监视器）。这意味着wait之后，其他线程可以进入同步块执行。
当某代码并不持有监视器的使用权时（如图中5的状态，即脱离同步块）去wait或notify，会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException。也包括在synchronized块中去调用另一个对象的wait/notify，因为不同对象的监视器不同，同样会抛出此异常。
用法
synchronized单独使用
代码块：如下，在多线程环境下，synchronized块中的方法获取了lock实例的monitor，如果实例相同，那么只有一个线程能执行该块内容
public class Thread1 implements Runnable {
Object lock;
public void run() {
synchronized(lock){
..do something
}
}
}直接用于方法： 相当于上面代码中用lock来锁定的效果，实际获取的是Thread1类的monitor。更进一步，如果修饰的是static方法，则锁定该类所有实例。
public class Thread1 implements Runnable {
public synchronized void run() {
..do something
}
}synchronized, wait, notify结合:典型场景生产者消费者问题
/**
* 生产者生产出来的产品交给店员
*/
public synchronized void produce()
{
if(this.product >= MAX_PRODUCT)
{
try
{
wait();
System.out.println("产品已满,请稍候再生产");
}
catch(InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
return;
}
this.product++;
System.out.println("生产者生产第" + this.product + "个产品.");
notifyAll(); //通知等待区的消费者可以取出产品了
}
/**
* 消费者从店员取产品
*/
public synchronized void consume()
{
if(this.product <= MIN_PRODUCT)
{
try
{
wait();
System.out.println("缺货,稍候再取");
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
return;
}
System.out.println("消费者取走了第" + this.product + "个产品.");
this.product--;
notifyAll(); //通知等待去的生产者可以生产产品了
}volatile
多线程的内存模型：main memory（主存）、working memory（线程栈），在处理数据时，线程会把值从主存load到本地栈，完成操作后再save回去(volatile关键词的作用：每次针对该变量的操作都激发一次load and save)。
针对多线程使用的变量如果不是volatile或者final修饰的，很有可能产生不可预知的结果（另一个线程修改了这个值，但是之后在某线程看到的是修改之前的值）。其实道理上讲同一实例的同一属性本身只有一个副本。但是多线程是会缓存值的，本质上，volatile就是不去缓存，直接取值。在线程安全的情况下加volatile会牺牲性能。
基本线程类
基本线程类指的是Thread类，Runnable接口，Callable接口
Thread类相关方法
//当前线程可转让cpu控制权，让别的就绪状态线程运行（切换）
public static Thread.yield()
//暂停一段时间
public static Thread.sleep()
//在一个线程中调用other.join(),将等待other执行完后才继续本线程。
public join()
//后两个函数皆可以被打断
public interrupte()关于中断
它并不像stop方法那样会中断一个正在运行的线程。线程会不时地检测中断标识位，以判断线程是否应该被中断（中断标识值是否为true）。中断只会影响到wait状态、sleep状态和join状态。被打断的线程会抛出InterruptedException。
Thread.interrupted()检查当前线程是否发生中断，返回boolean。synchronized在获锁的过程中是不能被中断的。
中断是一个状态！interrupt()方法只是将这个状态置为true而已。所以说正常运行的程序不去检测状态，就不会终止，而wait等阻塞方法会去检查并抛出异常。如果在正常运行的程序中添加while(!Thread.interrupted()) ，则同样可以在中断后离开代码体
Thread类最佳实践
写的时候最好要设置线程名称 Thread.name，并设置线程组 ThreadGroup，目的是方便管理。在出现问题的时候，打印线程栈 (jstack -pid) 一眼就可以看出是哪个线程出的问题，这个线程是干什么的。
如何获取线程中的异常
不能用try,catch来获取线程中的异常
Runnable
与Thread类似
Callable
future模式：并发模式的一种，可以有两种形式，即无阻塞和阻塞，分别是isDone和get。其中Future对象用来存放该线程的返回值以及状态
ExecutorService e = Executors.newFixedThreadPool(3);
//submit方法有多重参数版本，及支持callable也能够支持runnable接口类型.
Future future = e.submit(new myCallable());
future.isDone() //return true,false 无阻塞
future.get() // return 返回值，阻塞直到该线程运行结束高级多线程控制类
以上都属于内功心法，接下来是实际项目中常用到的工具了，Java1.5提供了一个非常高效实用的多线程包:java.util.concurrent, 提供了大量高级工具,可以帮助开发者编写高效、易维护、结构清晰的Java多线程程序。
1.ThreadLocal类
用处：保存线程的独立变量。对一个线程类（继承自Thread)
当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。常用于用户登录控制，如记录session信息。
实现：每个Thread都持有一个TreadLocalMap类型的变量（该类是一个轻量级的Map，功能与map一样，区别是桶里放的是entry而不是entry的链表。功能还是一个map。）以本身为key，以目标为value。
主要方法是get()和set(T a)，set之后在map里维护一个threadLocal -> a，get时将a返回。ThreadLocal是一个特殊的容器。
2.原子类
如果使用atomic wrapper class如atomicInteger，或者使用自己保证原子的操作，则等同于synchronized
//返回值为boolean
AtomicInteger.compareAndSet(int expect,int update)该方法可用于实现乐观锁，考虑文中最初提到的如下场景：a给b付款10元，a扣了10元，b要加10元。此时c给b2元，但是b的加十元代码约为：
if(b.value.compareAndSet(old, value)){
return ;
}else{
//try again
// if that fails, rollback and log
}AtomicReference
对于AtomicReference 来讲，也许对象会出现，属性丢失的情况，即oldObject == current，但是oldObject.getPropertyA != current.getPropertyA。
这时候，AtomicStampedReference就派上用场了。这也是一个很常用的思路，即加上版本号
3.Lock类
lock: 在java.util.concurrent包内。共有三个实现：
ReentrantLock
ReentrantReadWriteLock.ReadLock
ReentrantReadWriteLock.WriteLock主要目的是和synchronized一样， 两者都是为了解决同步问题，处理资源争端而产生的技术。功能类似但有一些区别。
区别如下：
lock更灵活，可以自由定义多把锁的枷锁解锁顺序（synchronized要按照先加的后解顺序） 提供多种加锁方案，lock 阻塞式, trylock 无阻塞式, lockInterruptily 可打断式， 还有trylock的带超时时间版本。 本质上和监视器锁（即synchronized是一样的） 能力越大，责任越大，必须控制好加锁和解锁，否则会导致灾难。 和Condition类的结合。 性能更高，对比如下图：
ReentrantLock
可重入的意义在于持有锁的线程可以继续持有，并且要释放对等的次数后才真正释放该锁。
使用方法是：
1.先new一个实例
static ReentrantLock r=new ReentrantLock();2.加锁
r.lock()或r.lockInterruptibly();此处也是个不同，后者可被打断。当a线程lock后，b线程阻塞，此时如果是lockInterruptibly，那么在调用b.interrupt()之后，b线程退出阻塞，并放弃对资源的争抢，进入catch块。（如果使用后者，必须throw interruptable exception 或catch）
3.释放锁
lock.lock();
try{
//do critical section code, which may throw exception
} finally {
lock.unlock();
}必须做！何为必须做呢，要放在finally里面。以防止异常跳出了正常流程，导致灾难。这里补充一个小知识点，finally是可以信任的：经过测试，哪怕是发生了OutofMemoryError，finally块中的语句执行也能够得到保证。
ReentrantReadWriteLock
可重入读写锁（读写锁的一个实现）
ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock()
ReadLock r = lock.readLock();
WriteLock w = lock.writeLock();两者都有lock,unlock方法。写写，写读互斥；读读不互斥。可以实现并发读的高效线程安全代码
4.一个可重入锁（reentrant lock）的简单实现
public class Lock {
boolean isLocked = false;
Thread lockedBy = null;
int lockedCount = 0;
public synchronized void lock() throws InterruptedException{
Thread callingThread = Thread.currentThread();
while(isLocked && lockedBy != callingThread){
wait();
}
isLocked = true;
lockedCount++;
lockedBy = callingThread;
}
public synchronized void unlock(){
if(Thread.currentThread() == this.lockedBy){
lockedCount--;
if(lockedCount == 0){
isLocked = false;
notify();
}
}
}
}
4.容器类
这里就讨论比较常用的两个：
BlockingQueue
ConcurrentHashMapBlockingQueue
阻塞队列。该类是java.util.concurrent包下的重要类，通过对Queue的学习可以得知，这个queue是单向队列，可以在队列头添加元素和在队尾删除或取出元素。类似于一个管 道，特别适用于先进先出策略的一些应用场景。普通的queue接口主要实现有PriorityQueue（优先队列），有兴趣可以研究
BlockingQueue在队列的基础上添加了多线程协作的功能：
常见的阻塞队列有
ArrayListBlockingQueue
LinkedListBlockingQueue
DelayQueue
SynchronousQueueConcurrentHashMap
高效的线程安全哈希map。请对比hashTable , concurrentHashMap, HashMap
5.管理类
管理类的概念比较泛，用于管理线程，本身不是多线程的，但提供了一些机制来利用上述的工具做一些封装。
了解到的值得一提的管理类：ThreadPoolExecutor和 JMX框架下的系统级管理类 ThreadMXBean
ThreadPoolExecutor
如果不了解这个类，应该了解前面提到的ExecutorService，开一个自己的线程池非常方便：
创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，那么就会回收部分空闲
（60秒不执行任务）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。
此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小。
ExecutorService e = Executors.newCachedThreadPool();
创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的
大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。
ExecutorService e = Executors.newFixedThreadPool(3);
创建一个单线程的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务。这个线程池只有一个线程在工作，
也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。
此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。
ExecutorService e = Executors.newSingleThreadExecutor();
创建一个大小无限制的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务。
ExecutorService e = Executors.newScheduledThreadPool();
然后运行
e.execute(new MyRunnableImpl());javadoc：
解释：
corePoolSize:池内线程初始值与最小值，就算是空闲状态，也会保持该数量线程。
maximumPoolSize:线程最大值，线程的增长始终不会超过该值。
keepAliveTime：当池内线程数高于corePoolSize时，经过多少时间多余的空闲线程才会被回收。回收前处于wait状态
unit：时间单位，可以使用TimeUnit的实例，如TimeUnit.MILLISECONDS
workQueue:待入任务（Runnable）的等待场所，该参数主要影响调度策略，如公平与否，是否产生饿死(starving)
threadFactory:线程工厂类，有默认实现，如果有自定义的需要则需要自己实现ThreadFactory接口并作为参数传入。6.JAVA DEMO
Java有一个内建的等待机制来允许线程在等待信号的时候变为非运行状态。java.lang.Object 类定义了三个方法，wait()、notify()和notifyAll()来实现这个等待机制。
一个线程一旦调用了任意对象的wait()方法，就会变为非运行状态，直到另一个线程调用了同一个对象的notify()方法。为了调用wait()或者notify()，线程必须先获得那个对象的锁。也就是说，线程必须在同步块里调用wait()或者notify()。
以下为一个使用了wait()和notify()实现的线程间通信的共享对象：
public class MyWaitNotify{
MonitorObject myMonitorObject = new MonitorObject();
boolean wasSignalled = false;
public void doWait(){
synchronized(myMonitorObject){
while(!wasSignalled){
try{
myMonitorObject.wait();
} catch(InterruptedException e){...}
}
//clear signal and continue running.
wasSignalled = false;
}
}
public void doNotify(){
synchronized(myMonitorObject){
wasSignalled = true;
myMonitorObject.notify();
}
}
}注意以下几点：
1、不管是等待线程还是唤醒线程都在同步块里调用wait()和notify()。这是强制性的！一个线程如果没有持有对象锁，将不能调用wait()，notify()或者notifyAll()。否则，会抛出IllegalMonitorStateException异常。
2、一旦线程调用了wait()方法，它就释放了所持有的监视器对象上的锁。这将允许其他线程也可以调用wait()或者notify()。
3、为了避免丢失信号，必须把它们保存在信号类里。如上面的wasSignalled变量。
4、假唤醒：由于莫名其妙的原因，线程有可能在没有调用过notify()和notifyAll()的情况下醒来。这就是所谓的假唤醒（spurious wakeups）。为了防止假唤醒，保存信号的成员变量将在一个while循环里接受检查，而不是在if表达式里。这样的一个while循环叫做自旋锁。
5、不要在字符串常量或全局对象中调用wait()。即上面MonitorObject不能是字符串常量或是全局对象。每一个MyWaitNotify的实例都拥有一个属于自己的监视器对象，而不是在空字符串上调用wait()/notify()。