多线程编程概述

多线程编程

线程基本概念

主线程与子线程

每个Java应用程序都有一个执行Main()函数的默认线程，这就是主线程（main thread）。当Java程序启动时，主线程立刻运行，因为它是程序开始时就执行的。主线程的重要性体现在两方面：

1. 它是产生其他子线程的线程

2. 通常它必须最后完成执行，因为它执行各种关闭动作

由主线程创建的线程即被称为子线程。Java主要通过jaava.lang.Thread类以及java.lang.Runnable接口来实现线程机制。

实现Runnable接口：

public class NewRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        System.out.println("NewRunnable ... ");
    }
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new NewRunnable());
        thread.start();
    }
}

从该例可以看出，实现Runnable接口只需要实现其run方法，仅仅声明了方法，要执行该方法还需要使用Thread类调用start方法执行。

可以继承Thread类：

public class NewThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("NewThread ...");
    }
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new NewThread();
        thread.start();
    }
}

对于创建线程，一般都使用实现Runnable接口方式来实现；如果需要重载Thread的方法，则使用继承Thread的方式实现。

线程状态

线程的状态分为6种，分别为：

1. 创建(NEW)：新创建了一个线程对象，但还没有调用start()方法。
2. 就绪(RUNNABLE)：Java线程中将就绪（ready）和运行中（running）两种状态笼统的称为“运行”。
3. 阻塞(BLOCKED)：线程被锁阻塞。
4. 等待(WAITING)：进入该状态的线程需要等待其他线程做出一些特定动作（通知或中断）。
5. 超时等待(TIMED_WAITING)：该状态不同于WAITING，它可以在指定的时间后自行返回。
6. 死亡(TERMINATED)：表示该线程已经执行完毕。

状态切换：

线程优先级

线程优先级被线程调度用来判定何时每个线程允许运行。理论上，优先级高的线程比优先级低的线程获得更多的CPU时间。实际上，线程获得的CPU时间通常由包括优先级在内的多个因素决定（例如，一个实行多任务处理的操作系统如何更有效的利用CPU时间）。

一个优先级高的线程自然比优先级低的线程优先。举例来说，当低优先级线程正在运行，而一个高优先级的线程被恢复（例如从沉睡中或等待I/O中），它将抢占低优先级线程所使用的CPU。

在创建线程的时候，可以通过Thread.setPriority(int newPriority)方法指定线程优先级；改方法是否生效与操作系统及虚拟机版本相关。

其中newPriority参数使用1-10表示：

• 最低优先级 1：Thread.MIN_PRIORITY
• 普通优先级 5：Thread.NORM_PRIORITY
• 最高优先级 10：Thread.MAX_PRIORITY

在Java程序中，线程的默认优先级为其父线程的优先级，而非普通优先级(NORM_PRIORITY)。

线程同步

Java程序运行多线程之间并发控制，当两个或两个以上的线程需要共享资源，它们需要某种方法来确定资源在某一刻仅被一个线程占用，避免相互之间产生冲突，保证变量的唯一性和准确性，达到此目的的过程叫做同步（synchronization）。

线程同步方法：

1.使用synchronized修饰方法、代码块。如果修饰的是静态方法，则锁的是类。

public synchronized void save(){}
synchronized(object){ 
}
public synchronized static void method() {
}

2.使用volatile变量实现线程同步

volatile通常被比喻成"轻量级的synchronized"，不同的是volatile只能修饰变量。

volatile主要作用是保证线程之间的可见性、有序性：

• 可见性：Java中的volatile关键字提供了一个功能，那就是被其修饰的变量在被修改后可以立即同步到主内存，被其修饰的变量在每次是用之前都从主内存刷新。

• 有序性：volatile可以禁止指令重排，被它修饰的变量，会严格按照代码顺序执行。

• 原子性：一个操作或者多个操作要么全部执行，要么全不执行。

线程池

线程池的优势：

• 降低资源消耗：通过重复利用已创建的线程降低线程创建的销毁造成的消耗，需要注意的是，如果线程过多，线程上下文切换会是一种消耗。
• 提高响应速度：当任务到达时，任务可以不需要等待线程创建就能立即执行。服务端拿到用户请求，可以先向用户返回结果，然后利用线程异步的执行任务。
• 提高线程的可管理性：线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

Excutor的线程池

• newSingleThreadExecutor：一个单线程的线程池，可以用于需要保证顺序执行的场景，并且只有一个线程在执行。
• newFixedThreadPool：一个固定大小的线程池，可以用于已知并发压力的情况下，对线程数做限制。
• newCachedThreadPool：一个可以无限扩大的线程池，比较适合处理执行时间比较小的任务。
• newScheduledThreadPool：可以延时启动，定时启动的线程池，适用于需要多个后台线程执行周期任务的场景。
• newWorkStealingPool：一个拥有多个任务队列的线程池，可以减少连接数，创建当前可用cpu数量的线程来并行执行。
• 自定义线程池

四种并发模型

多线程编程模型

• 多个相互独立的执行流
• 共享内存状态
• 抢占式调度
• 依赖锁、信号量等同步机制

Callback编程模型

回调。某个函数(A)可以接受另一个函数(B)作为参数，在执行流程到某个点时作为参数的函数B就会被函数A调用执行，这个行为就被称为回调。

作用：快速响应。

应用：在javascript中应用较多

Actor编程模型

• 万物皆是Actor
• Actor之间完全独立，只允许消息传递，不允许其他”任何”共享
• 每个Actor最多同时只能进行一样工作
• 每个Actor都有一个专属的命名Mailbox(非匿名)
• 消息的传递是完全异步的
• 消息是不可变的

CSP编程模型

CSP（Communicating Sequential Processes）是由Tony Hoare在1978的论文上首次提出的。 它是处理并发编程的一种设计模式或者模型，指导并发程序的设计，提供了一种并发程序可实践的组织方法或者设计范式。通过此方法，可以减少并发程序引入的其它缺点，减少和规避并发程序的常见缺点和bug，并且可以被数学理论所论证。