Java多线程基础(2)

守护线程

用户线程即运行在前台的线程，而守护线程是运行在后台的线程。 守护线程作用是为其他前台线程的运行提供便利服务，而且仅在普通、非守护线程仍然运行时才需要，比如垃圾回收线程就是一个守护线程。当VM检测仅剩一个守护线程，而用户线程都已经退出运行时，VM就会退出，因为没有如果没有了被守护这，也就没有继续运行程序的必要了。如果有非守护线程仍然存活，VM就不会退出。

守护线程并非只有虚拟机内部提供，用户在编写程序时也可以自己设置守护线程。用户可以用Thread的setDaemon（true）方法设置当前线程为守护线程。

虽然守护线程可能非常有用，但必须小心确保其他所有非守护线程消亡时，不会由于它的终止而产生任何危害。因为你不可能知道在所有的用户线程退出运行前，守护线程是否已经完成了预期的服务任务。一旦所有的用户线程退出了，虚拟机也就退出运行了。 因此，不要在守护线程中执行业务逻辑操作（比如对数据的读写等）。、

另外有几点需要注意：

• setDaemon(true)必须在调用线程的start（）方法之前设置，否则会跑出IllegalThreadStateException异常。
• 在守护线程中产生的新线程也是守护线程。
• 不要认为所有的应用都可以分配给守护线程来进行服务，比如读写操作或者计算逻辑。

线程阻塞

线程可以阻塞于四种状态：

• 当线程执行Thread.sleep（）时，它一直阻塞到指定的毫秒时间之后，或者阻塞被另一个线程打断；
• 当线程碰到一条wait（）语句时，它会一直阻塞到接到通知（notify（））、被中断或经过了指定毫秒时间为止（若制定了超时值的话
• 线程阻塞与不同I/O的方式有多种。常见的一种方式是InputStream的read（）方法，该方法一直阻塞到从流中读取一个字节的数据为止，它可以无限阻塞，因此不能指定超时时间；
• 线程也可以阻塞等待获取某个对象锁的排他性访问权限（即等待获得synchronized语句必须的锁时阻塞）。

并非所有的阻塞状态都是可中断的，以上阻塞状态的前两种可以被中断，后两种不会对中断做出反应。

synchronized

在并发编程中，多线程同时并发访问的资源叫做临界资源，当多个线程同时访问对象并要求操作相同资源时，分割了原子操作就有可能出现数据的不一致或数据不完整的情况，为避免这种情况的发生，我们会采取同步机制，以确保在某一时刻，方法内只允许有一个线程。

采用synchronized修饰符实现的同步机制叫做互斥锁机制，它所获得的锁叫做互斥锁。每个对象都有一个monitor(锁标记)，当线程拥有这个锁标记时才能访问这个资源，没有锁标记便进入锁池。任何一个对象系统都会为其创建一个互斥锁，这个锁是为了分配给线程的，防止打断原子操作。每个对象的锁只能分配给一个线程，因此叫做互斥锁。

关于同步机制获取互斥锁

• 如果同一个方法内同时有两个或更多线程，则每个线程有自己的局部变量拷贝。
• 类的每个实例都有自己的对象级别锁。当一个线程访问实例对象中的synchronized同步代码块或同步方法时，该线程便获取了该实例的对象级别锁，其他线程这时如果要访问synchronized同步代码块或同步方法，便需要阻塞等待，直到前面的线程从同步代码块或方法中退出，释放掉了该对象级别锁。
• 访问同一个类的不同实例对象中的同步代码块，不存在阻塞等待获取对象锁的问题，因为它们获取的是各自实例的对象级别锁，相互之间没有影响。
• 持有一个对象级别锁不会阻止该线程被交换出来，也不会阻塞其他线程访问同一示例对象中的非synchronized代码。当一个线程A持有一个对象级别锁（即进入了synchronized修饰的代码块或方法中）时，线程也有可能被交换出去，此时线程B有可能获取执行该对象中代码的时间，但它只能执行非同步代码（没有用synchronized修饰），当执行到同步代码时，便会被阻塞，此时可能线程规划器又让A线程运行，A线程继续持有对象级别锁，当A线程退出同步代码时（即释放了对象级别锁），如果B线程此时再运行，便会获得该对象级别锁，从而执行synchronized中的代码。
• 持有对象级别锁的线程会让其他线程阻塞在所有的synchronized代码外。例如，在一个类中有三个synchronized方法a，b，c，当线程A正在执行一个实例对象M中的方法a时，它便获得了该对象级别锁，那么其他的线程在执行同一实例对象（即对象M）中的代码时，便会在所有的synchronized方法处阻塞，即在方法a，b，c处都要被阻塞，等线程A释放掉对象级别锁时，其他的线程才可以去执行方法a，b或者c中的代码，从而获得该对象级别锁。
• **使用synchronized（obj）同步语句块，可以获取指定对象上的对象级别锁。**obj为对象的引用，如果获取了obj对象上的对象级别锁，在并发访问obj对象时时，便会在其synchronized代码处阻塞等待，直到获取到该obj对象的对象级别锁。当obj为this时，便是获取当前对象的对象级别锁。
• 类级别锁被特定类的所有示例共享，它用于控制对static成员变量以及static方法的并发访问。具体用法与对象级别锁相似。
• 互斥是实现同步的一种手段，临界区、互斥量和信号量都是主要的互斥实现方式。synchronized关键字经过编译后，会在同步块的前后分别形成monitorenter和monitorexit这两个字节码指令。根据虚拟机规范的要求，在执行monitorenter指令时，首先要尝试获取对象的锁，如果获得了锁，把锁的计数器加1，相应地，在执行monitorexit指令时会将锁计数器减1，当计数器为0时，锁便被释放了。由于synchronized同步块对同一个线程是可重入的，因此一个线程可以多次获得同一个对象的互斥锁，同样，要释放相应次数的该互斥锁，才能最终释放掉该锁。

volatile

在JDK1.2之前，Java的内存模型实现总是从主存（即共享内存）读取变量，是不需要进行特别的注意的。而随着JVM的成熟和优化，现在在多线程环境下volatile关键字的使用变得非常重要。

在当前的Java内存模型下，线程可以把变量保存在本地内存（比如机器的寄存器）中，而不是直接在主存中进行读写。这就可能造成一个线程在主存中修改了一个变量的值，而另外一个线程还继续使用它在寄存器中的变量值的拷贝，造成数据的不一致。

要解决这个问题，就需要把变量声明为volatile（也可以使用同步），这就指示JVM，这个变量是不稳定的，每次使用它都到主存中进行读取。一般说来，多任务环境下，各任务间共享的变量都应该加volatile修饰符。

Volatile修饰的成员变量在每次被线程访问时，都强迫从共享内存中重读该成员变量的值。而且，当成员变量发生变化时，强迫线程将变化值回写到共享内存。这样在任何时刻，两个不同的线程总是看到某个成员变量的同一个值。

volatile是一种稍弱的同步机制，在访问volatile变量时不会执行加锁操作，也就不会执行线程阻塞，因此volatilei变量是一种比synchronized关键字更轻量级的同步机制。

使用建议：在两个或者更多的线程需要访问的成员变量上使用volatile。当要访问的变量已在synchronized代码块中，或者为常量时，没必要使用volatile。

由于使用volatile屏蔽掉了JVM中必要的代码优化，所以在效率上比较低，因此一定在必要时才使用此关键字。

内存可见性

加锁（synchronized同步）的功能不仅仅局限于互斥行为，同时还存在另外一个重要的方面：内存可见性。我们不仅希望防止某个线程正在使用对象状态而另一个线程在同时修改该状态，而且还希望确保当一个线程修改了对象状态后，其他线程能够看到该变化。而线程的同步恰恰也能够实现这一点。

内置锁可以用于确保某个线程以一种可预测的方式来查看另一个线程的执行结果。为了确保所有的线程都能看到共享变量的最新值，可以在所有执行读操作或写操作的线程上加上同一把锁。

考虑如下代码

    public class  MutableInteger  
    {  
        private int value;  

        public int get(){  
            return value;  
        }  
        public void set(int value){  
            this.value = value;  
        }  
    }  

以上代码中，get和set方法都在没有同步的情况下访问value。如果value被多个线程共享，假如某个线程调用了set，那么另一个正在调用get的线程可能会看到更新后的value值，也可能看不到。

通过对set和get方法进行同步，可以使MutableInteger成为一个线程安全的类，如下

    public class  SynchronizedInteger  
    {  
        private int value;  

        public synchronized int get(){  
            return value;  
        }  
        public synchronized void set(int value){  
            this.value = value;  
        }  
    } 

对set和get方法进行了同步，加上了同一把对象锁，这样get方法可以看到set方法中value值的变化，从而每次通过get方法取得的value的值都是最新的value值。

内存可见的两种方法比较：加锁和volatile变量

加锁和volatile变量的区别

• volatile变量是一种稍弱的同步机制在访问volatile变量时不会执行加锁操作，因此也就不会使执行线程阻塞，因此volatile变量是一种比synchronized关键字更轻量级的同步机制。
• 从内存可见性的角度看，写入volatile变量相当于退出同步代码块，而读取volatile变量相当于进入同步代码块。
• 在代码中如果过度依赖volatile变量来控制状态的可见性，通常会比使用锁的代码更脆弱，也更难以理解。仅当volatile变量能简化代码的实现以及对同步策略的验证时，才应该使用它。一般来说，用同步机制会更安全些。
• 加锁机制（即同步机制）既可以确保可见性又可以确保原子性，而volatile变量只能确保可见性，原因是声明为volatile的简单变量如果当前值与该变量以前的值相关，那么volatile关键字不起作用，也就是说如下的表达式都不是原子操作：“count++”、“count = count+1”。

当且仅当满足以下所有条件时，才应该使用volatile变量：

• 对变量的写入操作不依赖变量的当前值，或者你能确保只有单个线程更新变量的值。
• 该变量没有包含在具有其他变量的不变式中。

Runnable和Thread实现多线程的区别

Java中实现多线程有两种方法：继承Thread类、实现Runnable接口，在程序开发中只要是多线程，肯定永远以实现Runnable接口为主，因为实现Runnable接口相比继承Thread类有如下优势：

• 可以避免由于Java的单继承特性而带来的局限；
• 增强程序的健壮性，代码能够被多个线程共享，代码与数据是独立的；
• 适合多个相同程序代码的线程区处理同一资源的情况。

卖票实例

继承Thread实现

    class MyThread extends Thread{  
        private int ticket = 5;  
        public void run(){  
            for (int i=0;i<10;i++)  
            {  
                if(ticket > 0){  
                    System.out.println("ticket = " + ticket--);  
                }  
            }  
        }  
    }  

    public class ThreadDemo{  
        public static void main(String[] args){  
            new MyThread().start();  
            new MyThread().start();  
            new MyThread().start();  
        }  
    } 

结果

    Thread-2 sold ticket = 5
    Thread-1 sold ticket = 5
    Thread-0 sold ticket = 5
    Thread-0 sold ticket = 4
    Thread-1 sold ticket = 4
    Thread-2 sold ticket = 4
    Thread-1 sold ticket = 3
    Thread-0 sold ticket = 3
    Thread-1 sold ticket = 2
    Thread-2 sold ticket = 3
    Thread-1 sold ticket = 1
    Thread-0 sold ticket = 2
    Thread-0 sold ticket = 1
    Thread-2 sold ticket = 2
    Thread-2 sold ticket = 1

从结果中可以看出，每个线程单独卖了5张票，即独立地完成了买票的任务，但实际应用中，比如火车站售票，需要多个线程去共同完成任务，在本例中，即多个线程共同买5张票。

实现Runnable接口实现

    /**
     * Created by roger on 2016/8/16.
     */
    public class TestRunnable implements Runnable {

        private int ticket = 5;

        @Override
        public void run() {
            for(int i=0; i<20; i++){
                if(ticket > 0){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sold ticket = " + ticket--);
                }
            }
        }

        public static void main(String[] args){
            /*new Thread(new TestRunnable()).start();
            new Thread(new TestRunnable()).start();
            new Thread(new TestRunnable()).start();*/

            TestRunnable testRunnable = new TestRunnable();
            new Thread(testRunnable).start();
            new Thread(testRunnable).start();
            new Thread(testRunnable).start();
        }
    }

结果

    Thread-1 sold ticket = 4
    Thread-2 sold ticket = 3
    Thread-0 sold ticket = 5
    Thread-2 sold ticket = 1
    Thread-1 sold ticket = 2

从结果中可以看出，三个线程一共卖了5张票，即它们共同完成了买票的任务，实现了资源的共享。

更多内容请参考Java多线程基础(2)