@Java | Thread & synchronized - [ 多线程 基本使用]

本文及后续相关文章梳理一下关于多线程和同步锁的知识，平时只是应用层面的了解，由于最近面试总是问一些原理性的知识，虽说比较反感这种理论派，但是为了生计也必须掌握一番。（PS：并不是说掌握原理不好，但是封装就是为了更好的应用，个人感觉没必要为了学习而学习，比较倾向于行动派，能将原理应用到实际才算参透，本文也仅仅是背书而已）

知识点

• 进程：进程就是一段程序的执行过程，指在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位，它是由一组机器指令、数据和堆栈等组成的，是一个能独立运行的活动实体。
• 线程：线程是进程中的一个实体，作为系统调度和分派的基本单位。Linux下的线程看作轻量级进程。

线程和进程一样分为五个阶段：创建、就绪、运行、阻塞、终止
多进程是指操作系统能同时运行多个任务（程序）
多线程是指在同一程序中有多个顺序流在执行

多线程使用说明

如何创建线程

• 实现Runnable接口
• 继承Thread类
• 通过Callable和Future创建线程

1. 通过实现Runnable接口创建并运行线程

- 实现Runnable接口

Public class A implements Runnable {
    public void run () {    // 必须实现run方法
        // 线程执行的业务代码
    }
}

上面实现了 Runnable接口并通过 run方法包装了需要通过线程执行的代码

- 运行线程
通过实现了Runnable接口的类的实例创建线程对象(Thread)来运行线程，常用的Thread构造方法：

Thread(Runnable threadOb,String threadName);

其中 threadOb 是一个实现 Runnable接口的类的 实例， threadName指定线程的名字

调用线程类中的start()方法运行线程 new Thread(threadOb,threadName).start();（可创建多个线程对象运行同一个Runnable接口实例的run方法，实现资源共享）

PS： start()方法的调用后并不是立即执行多线程代码，而是使得该线程变为 可运行态（Runnable），等待CPU分配调度执行

2. 继承Thread类创建并运行线程

- 继承Thread类

public class A extends Thread {
    @Override
    public void run() {    // 重写run方法
        // 线程执行的业务代码
    }
}

上面继承了 Runnable接口并通过重写 run方法包装了需要通过线程执行的代码，通过源码可以看到 Thread类也是实现了 Runnable接口的，所以本质上和上一种方式无太大区别，不同的是Thread类不适合 共享资源线程实现

- 运行线程

同样是调用线程类中的start()方法运行线程，此时线程类为继承Thread的类

3. 通过Callable和Future创建并运行线程

- 实现Callable接口

public class A implements Callable {
    @Override  
    public T call() throws Exception  // 实现call()方法
    {  
        //  线程执行的业务代码
    }  
}

创建 Callable接口的实现类 （通过泛型制定线程执行结束后的返回值类型），并实现 call()方法，该 call()方法将作为线程执行体，并且有 返回值（返回值类型为 Callable接口泛型制定的类型）

- 使用FutureTask类来包装Callable对象

FutureTask ft = new FutureTask<>(callableObj);

其中 callableObj为 Callable实现类的实例，使用 FutureTask类来包装 Callable对象，该 FutureTask对象封装了该 Callable对象的 call()方法的返回值

- 运行线程

通过FutureTask类的实例创建线程对象(Thread)来运行线程，此时应用的Thread`构造方法：

Thread(FutureTask futureObj,String threadName);

其中 futureObj 是一个 FutureTask 类的 实例， threadName指定线程的名字

调用线程类中的start()方法运行线程 new Thread(threadOb,threadName).start();
调用FutureTask对象的get()方法来获得子线程执行结束后的返回值

使用须知

1. 多线程执行的时候是无序的，即谁先获取到CPU资源就可以先执行，随机性比较大
2. 如果start()方法重复调用，会出现java.lang.IllegalThreadStateException异常

3. 直接继承Thread类和实现接口方式创建线程的区别

   • 直接继承Thread类方便快捷，适合相对单一无序的多线程执行
   • 实现接口方式适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源
   • 实现接口方式可以避免java中的单继承的限制
   • 实现接口方式增加程序的健壮性，代码可以被多个线程共享，代码和数据独立
   • 线程池只能放入实现Runable或callable类线程，不能直接放入继承Thread的类
4. Java程序运行首先会启动一个JVM进程，然后至少启动两个线程，即main线程和垃圾收集线程

Thread常用方法说明

1. sleep(long millis): 在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行），可用TimeUnit.MILLISECONDS.sleep方法替换

2. join(): 等待调用join()的线程终止

   • 使用方式

     `Thread t = new AThread(); t.start(); t.join();`

     join()的作用是将线程加入到 当前线程中，只有执行完join()调用线程才能执行后面的代码

   • 使用场景
     正常情况下主线程不依赖子线程执行完成而结束，当主线程需要在子线程完成之后再结束时，可使用此方法

3. yield(): 暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程

   • 使用说明
     yield()只是将线程从运行状态转到可运行状态（start()方法执行后的状态），不会导致线程转到等待/睡眠/阻塞状态

   • 使用场景
     yield()应该做的是让当前运行线程回到可运行状态，以允许具有相同优先级的其他线程获得运行机会。因此，使用yield()的目的是让相同优先级的线程之间能适当的轮转执行。但是，实际中无法保证yield()达到让步目的，因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中

     PS： yield()方法执行时，当前线程仍处在可运行状态，所以，不可能让出较低优先级的线程些时获得 CPU占有权。在一个运行系统中，如果较高优先级的线程没有调用 sleep方法，又没有受到 I\O 阻塞，那么，较低优先级线程只能等待所有较高优先级的线程运行结束，才有机会运行

4. setPriority(): 更改线程的优先级，优先级高的线程会获得较多的运行机会
   优先级静态常量MIN_PRIORITY=1，NORM_PRIORITY=5，MAX_PRIORITY=10

   • 使用方式

     Thread t1 = new Thread("t1");
     Thread t2 = new Thread("t2");
     t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
     t2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

   • 使用说明
     Thread类的setPriority()和getPriority()方法分别用来设置和获取线程的优先级。
     每个线程都有默认的优先级。主线程的默认优先级为Thread.NORM_PRIORITY。
     线程的优先级有继承关系，比如A线程中创建了B线程，那么B将和A具有相同的优先级。
     JVM提供了10个线程优先级，但与常见的操作系统都不能很好的映射。如果希望程序能移植到各个操作系统中，应该仅仅使用Thread类有以下三个静态常量作为优先级，这样能保证同样的优先级采用了同样的调度方式

5. interrupt(): 将线程对象的中断标识设成true

   • 使用说明

     • 中断只是一种协作机制，Java没有给中断增加任何语法，中断的过程完全需要程序员自己实现。若要中断一个线程，你需要手动调用该线程的interrupted方法，该方法也仅仅是将线程对象的中断标识设成true；接着你需要自己写代码不断地检测当前线程的标识位；如果为true，表示别的线程要求这条线程中断，此时究竟该做什么需要你自己写代码实现
     • 每个线程对象中都有一个标识，用于表示线程是否被中断；该标识位为true表示中断，为false表示未中断
     • 通过调用线程对象的interrupt方法将该线程的标识位设为true；可以在别的线程中调用，也可以在自己的线程中调用

   • 使用方式

     • 在调用阻塞方法时正确处理InterruptedException异常

     • 设置中断监听（另一种方式）

       Thread t1 = new Thread( new Runnable(){
              public void run(){
                  // 若未发生中断，就正常执行任务
                  while(!Thread.currentThread.isInterrupted()){
                      // 正常任务代码……
                  }
          
                  // 中断的处理代码……
                  doSomething();
              }
          } ).start();

     • 触发中断

       t1.interrupt();

   • interrupt方法使用参考链接
     大闲人柴毛毛
6. wait(): 主动释放对象锁，同时本线程休眠，直到有其它线程调用对象的notify()唤醒该线程，重新获取对象锁并执行（wait()方法属于Object中的方法，并不属于Thread类）
7. notify(): 唤醒调用notify()对象的线程，notify()调用后，并不是马上就释放对象锁的，而是在相应的synchronized(){}语句块执行结束，自动释放锁后，JVM会在wait()对象锁的线程中随机选取一线程，赋予其对象锁，唤醒线程，继续执行

Thread几个方法比较

1.sleep()和yield()的区别

• sleep()使当前线程进入停滞状态，所以执行sleep()的线程在指定的时间内肯定不会被执行；yield()只是使当前线程重新回到可执行状态，所以执行yield()的线程有可能在进入到可执行状态后马上又被执行
• sleep方法使当前运行中的线程睡眼一段时间，进入不可运行状态，这段时间的长短是由程序设定的，yield方法使当前线程让出CPU占有权，但让出的时间是不可设定的。实际上，yield()方法对应了如下操作：先检测当前是否有相同优先级的线程处于同可运行状态，如有，则把CPU的占有权交给此线程，否则，继续运行原来的线程。所以yield()方法称为'退让'，它把运行机会让给了同等优先级的其他线程
• sleep方法允许较低优先级的线程获得运行机会，但yield()方法执行时，当前线程仍处在可运行状态，所以，不可能让出较低优先级的线程些时获得CPU占有权。在一个运行系统中，如果较高优先级的线程没有调用 sleep方法，又没有受到IO阻塞，那么，较低优先级线程只能等待所有较高优先级的线程运行结束，才有机会运行

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2.wait()和sleep()区别

共同点：

• 他们都是在多线程的环境下，都可以在程序的调用处阻塞指定的毫秒数，并返回
• wait()和sleep()都可以通过interrupt()方法 打断线程的暂停状态，从而使线程立刻抛出InterruptedException
• 如果线程A希望立即结束线程B，则可以对线程B对应的Thread实例调用interrupt方法。如果此刻线程B正在wait/sleep /join，则线程B会立刻抛出InterruptedException，在catch() {} 中直接return即可安全地结束线程。

需要注意的是， InterruptedException是线程自己从内部抛出的，并不是 interrupt()方法抛出的。对某一线程调用 interrupt()时，如果该线程正在执行普通的代码，那么该线程根本就不会抛出 InterruptedException。但是，一旦该线程进入到 wait()/ sleep()/ join()后，就会立刻抛出 InterruptedException

不同点：

• sleep()，yield()等是Thread类的方法
• wait()和notify()等是Object的方法
• 每个对象都有一个锁来控制同步访问。Synchronized关键字可以和对象的锁交互，来实现线程的同步。sleep方法没有释放锁，而wait方法释放了锁，使得其他线程可以使用同步控制块或者方法
• wait，notify和notifyAll只能在同步控制方法或者同步控制块里面使用，而sleep可以在任何地方使用

简单来说：　

• sleep()睡眠时，保持对象锁，仍然占有该锁；
• 而wait()睡眠时，释放对象锁。
• wait()和sleep()都可以通过interrupt()方法打断线程的暂停状态，从而使线程立刻抛出InterruptedException（但不建议使用该方法）

sleep()方法

• sleep()使当前线程进入停滞状态（阻塞当前线程），让出CPU的使用、目的是不让当前线程独自霸占该进程所获的CPU资源，以留一定时间给其他线程执行的机会;
• sleep()是Thread类的Static的方法；因此他不能改变对象的机锁，所以当在一个Synchronized块中调用Sleep()方法是，线程虽然休眠了，但是对象的机锁并没有被释放，其他线程无法访问这个对象（即使休眠也持有对象锁）
• 在sleep()休眠时间期满后，该线程不一定会立即执行，这是因为其它线程可能正在运行而且没有被调度为放弃执行，除非此线程具有更高的优先级

wait()方法

• wait()方法是Object类里的方法；当一个线程执行到wait()方法时，它就进入到一个和该对象相关的等待池中，同时失去（释放）了对象的机锁（暂时失去机锁，wait(long timeout)超时时间到后还需要返还对象锁）；其他线程可以访问；
• wait()使用notify或者notifyAlll或者指定睡眠时间来唤醒当前等待池中的线程。
• wait()必须放在synchronized block中，否则会在程序runtime时扔出java.lang.IllegalMonitorStateException异常。