在这之前应该有相应的操作系统基础知识，包括线程，进程，通信等。

系列目录：
J2SE复习内容 - 多线程基础
J2SE复习内容 - 多线程进阶

1. 线程基础

Java的线程相关概念定义在java.lang包下的Thread中，通过new Thread()来创建一个线程，通过start()方法启动一个线程。

同时可以使用Runnable或者Callable接口的实现来开启一个新线程，但归根结底都是调用其中的run（或者call）方法，来实现自己的逻辑。

通过上面的简单总结，会得出一个小问题，如下：

Q1: 为什么要调用start()方法，而不是直接调用run()方法？
回答这个问题，我们不如先找个例子测试一下。

先写一个Runnable

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"@"+i);
        }
    }
}

在写main方法

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new MyRunnable(),"MyThread");
        t.start();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +":"+i);
        }
    }
}

按照并行的原则来查看结果：

确实是两个线程交替执行的。
但是我们如果调用MyRunnable的run方法呢？

可以看到结果输出的是有顺序的，但是线程都是main线程。
同理我们如果这样写：

Thread t = new Thread(new MyRunnable(),"MyThread");
t.run();

也是这样的结果，那为啥会出现这种结果呢？画个简单的图就明白了。

正常start：

正常启动主线程和子线程会并行执行（宏观方面，忽略调度），由myThread来执行run方法。

image.png

而调用run，就是简单的调用，按照箭头的走向，先执行main，然后调用run，run执行完了回到main，最后main执行完，其中没有线程的概念，而只是简单的类中调用。

具体start在背后做了什么，我们暂时不关注，但是明白简单的调用run只会在本线程中建立了调用栈，而不是创建新线程。

这里扩展一下，看一下Thread的join()方法，

image.png

，官方文档上面写的很清楚，Waits for this thread to die，等我死了，你再执行。

根据上图发现join的执行流程和调用run的类似，但是join确实是新开了一个子线程，大致的流程就是，主线程开始运行，新建了子线程开始运行，然后子线程调用join，主线程会等待子线程完全执行完毕，然后自己再执行。

2. 调度基础

类似于进程，线程的调度也是分为几个状态。
如图所示，我们调用start()方法后进入了就绪状态，而不是运行状态，这一点要明白。

在调度里面有两个方法需要做区分，sleep()和yield(), 两者说起来也不是很难区分，下面简单的理解一下二者的区别。

Q2: yield() 和 sleep()有什么区别？
首先两者都可以用来调度，或者说用来让出CPU，但二者的区别很明显，我们看一下源码。

yield

sleep

根据图片总结不同点：
1.yield无法指定时间，而sleep可以
2.yield无异常抛出，而sleep可以抛出异常（在被别人打断睡眠的时候）。

其他的不同点：

参考上面的调度图，如果我们调用的是sleep，线程应该是从运行态进入了阻塞状态（睡眠式放弃），到时间之后继续回到就绪状态竞争CPU，而如果我们调用yield，线程应该从运行态进入就绪态（主动放弃），立刻又重新竞争CPU。

所以这样就有一个细节需要注意了，yield调用后，让出CPU的线程很有可能又获得了CPU，但这样不是缺憾，因为yield方法本身就不常用，上面的注释可以看出，该方法主要是用于测试的。

sleep()方法给其它线程运行时，不考虑线程的优先级；而yield()方法只会给相同优先级或更高优先级的线程运行的机会。

同时还有一点要提，参考我们上面sleep源码中的注释

The thread does not lose ownership of any monitors.

线程不丢失监视器所属权，说白了就是不会释放同步锁，也就是sleep方法调用的时候，加锁的线程还是会加锁，所以某些情境下，sleep调用并不会让出临界区，而是占着坑不XX。

接下来考虑一个常见的问题，如何停止一个线程？
Q3: 怎样安全的停止一个线程
这个问题相信很多人也已经知道答案了，简单的方法就是采用结束标志位，在讨论这个方法之前，有几种方法要探究一下。
第一种，interrupt，代码如下：

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : "+System.currentTimeMillis());
            } catch (InterruptedException e) {
               return;
            }
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new MyRunnable(),"MyThread");
        t.start();

        try {
            Thread.sleep(10000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        t.interrupt();
    }
}

某些方法，如sleep会抛出InterruptedException ，所以借助Thread的interrupt方法可以致使其停止运行。
但是这个操作是危险且不合适的，借助异常机制来停止运行本身就不是很好的方法。同时要是根据isInterrupted方法来判断是否停止更危险（由于抛出异常之后的复位，这些情况下根本停不下来）

查阅API文档发现Thread类中还有一个方法。

image.png

stop方法，看起来很完美的样子，但是为什么被标注过时了呢？原因就是这个方法很危险。具体我们来看看官方怎么说。

下面是个人翻译 + 理解

stop()天生就不是一个安全的方法, 用这个方法会导致它自身所有的同步锁被释放，那么在stop调用之前所有的受同步锁保护的变量（临界区）将会产生不确定的风险，由此带来的风险是不可控的。

也就是说，stop方法会导致同步失效，不是一个安全的好办法，除此之外，更严重的是，调用了stop的线程会立马死掉，而不会管你文件是否关闭，资源是否释放等等，这样体验很不好。

同时下面也给出了一个方案，就是我们上面提到的标志位方法。
代码如下：

public class MyRunnable implements Runnable {

    private boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        while (flag){
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : "+System.currentTimeMillis());
            } catch (InterruptedException e) {
               return;
            }
        }
    }

    public void shutdown(){
        flag = false;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable m = new MyRunnable();
        Thread t = new Thread(m,"MyThread");
        t.start();


        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        m.shutdown();

    }
}

3. 线程同步

这里的同步可能和操作系统里的同步概念不太一样，操作系统中同步是为了规定执行顺序，互斥是为了保护临界区，而Sychronized作为同步关键字，是完成了一个互斥操作，又叫做互斥锁，但在此不深究，只知道这里面的功能对应起来就行。

而我们常见的锁机制会有这样一个分类，比如说乐观锁和悲观锁，其中CAS就是属于乐观锁的一种，而Sychronized和ReentrantLock属于悲观锁。
再比如我们说Sychronized是一种隐式锁，系统自动完成加锁解锁，ReentrantLock属于显式锁，需要手动完成加锁解锁。

再回到应用层面，Sychronized又分为语句块写法和方法体写法，等等。
但不管是乐观悲观与否，写法是如何，他们所达到的目的就是临界区互斥。

在使用Sychronized关键字的时候，也可以产生死锁，而死锁就是一种线程之间互相等待的僵局，如下面代码，m1和m2方法执行过程中，分别锁定了object1和object2，但是随后又要申请对方的锁，而此时对方又无法执行完代码释放锁，所以就处于一种尴尬的状态。

public class DeadLock {

    Object object1 = new Object();
    Object object2 = new Object();
    
    public void m1() throws InterruptedException {
        synchronized (object1){
            Thread.sleep(1000);
            synchronized (object2){
                //do sth
            }
        }
    }
    
    public void m2() throws InterruptedException {
        synchronized (object2){
            Thread.sleep(1000);
            synchronized (object1){
                //do sth  
            }
        }
    }
}

4. 生产者消费者模型

生产者消费者模型如果在OS课程中学到过就不难理解了，因为下面的实现跟我们在OS中学习到的PV操作是一样的。

package Thread;

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.Queue;

/**
 * 生产者消费者模型
 * */
public class PCModel {

    private final int MAX_LEN = 20;
    private List list = new LinkedList<>();

    class Producter implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            produce();
        }

        //生产操作
        private  void produce() {
            while (true){
                synchronized (list) {
                    //等待
                    while(list.size() == MAX_LEN){
                        try {
                            list.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    //通知唤醒
                    list.notifyAll();
                    //添加元素
                    list.add((int) Math.random() * 100);
                }
            }
        }
    }

    class Consumer implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
           consume();
        }

        private void consume() {
            while(true){
                synchronized (list) {
                    //等待
                    while(list.size() == 0){
                        try {
                            list.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    //通知唤醒
                    list.notifyAll();
                    //取出元素
                    list.remove(list.size() - 1);
                }
            }
        }
    }
}

面试过程中，很有可能被要求手撕代码，除了上面这种最简单的，还可以使用BlockingQueue来实现，而后者需要明白，内部也是相应的阻塞原理，只需简单的调用他所提供的API即可实现。

对于上面所给出的代码有几点需要注意。
而这几点也很有意思，一起来探讨一下。

Q4 : 为什么这段代码要用While而不用if ？

 while(list.size() == MAX_LEN){
      try {
            list.wait();
      } catch (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
     }
 }

按照道理，判断一下队列已满，就进入wait()方法即可，但为什么要用while呢？理由如下：当一个线程执行了list.wait() 之后被Interrupt了，抛出了异常，如果用if执行完就会向下进行，这样的结果就不可预知，明明需要wait的情况又往下去生产了（或者消费了），就会产生系列问题，而我们用while的话，可以进行多次判断，直到某一次真正进入等待状态才可以。

Q5：为什么用notifyAll() 而不是notify() 方法？
想象一下有两个生产者的场景，可不可以某些情况下生产者notify的还是一个生产者（看似不可能），但是为了保险期间，我们使用notifyAll来随机唤醒一个线程，这样就尽可能的避免出现问题，当然很多写法仍然是notify，对于这个问题，简单思考一下即可。

5. wait和sleep

在上面我们比较了yeild和sleep的区别，下面又有一个新的问题，
Q6: wait和sleep有什么区别？

首先我们要找爹，wait是Object的孩子，sleep是Thread的孩子，也就是说wait
每个类都有，这也就是上面为什么可以调用list的wait方法的原因。

接下来看一下DOC，

就是在notify/notifyAll调用之前导致thread进入wait状态，且wait必须要持有一个对象监视器（同理notify两个方法也需要），

而当线程进入wait状态的时候，监视器（暂时理解为锁）将会被释放，但sleep不会，上面提到过（sleep是占着啥啥啥不啥啥啥）。

补充一下 notify不会释放锁，只是会发送通知进入工作状态，需要执行完后面的代码才会释放锁。

再根据上面所说的，wait会强制要求添加对象监视器，而sleep却没有要强制添加，如果wait没有对象监视器，将会抛出IllegalMonitorStateException异常

6. 总结

本文整理了一些多线程的入门知识，并且稍微深入一些问题，对一些方法的作用和一些经典例子做了整理。

文章中整理了6个问题，虽然知识点跳跃，但是联系性还是很强的，相互比较学习可以加深对线程机制的了解。

J2SE复习内容 - 多线程基础

1. 线程基础

2. 调度基础

3. 线程同步

4. 生产者消费者模型

5. wait和sleep

6. 总结

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