JAVA基础-多线程入门（详解）

目录

引言

一，线程概念

二，创建线程

2.1，继承Thread类，重写run方法

2.2，实现Runnable接口，重写run方法，实现Runnable接口的实现类的实例对象作为Thread构造函 数的target

2.3，通过Callable和FutureTask创建线程 ( 线程有返回值)

 三，线程状态

 四，volatile和synchronized

4.1、volatilevolatile 解决的是内存可见性问题

4.1.1， volatile 原理

4.1.2， volatile 修饰的变量可见性

4.1.3， volatile 禁止指令重排 

4.1.4volatile 使用范围

4.1.5 volatile 使用场景

4.2、synchronized

4.2.1， synchronized 原理

4.2.2， synchronized 修饰的代码块或方法保证内存可见性

4.2.3， synchronized 修饰的代码块或方法保证原子性

4.2.4，synchronized 使用范围

4.2.5， synchronized 使用场景

4.3、volatile 和 synchronized 异同点

4.3.1， 相同点

4.3.2， 不同点

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引言

什么是程序 ？

        一个程序可以有多个进程 。程序是一段静态的代码，它是应用程序执行的蓝本。

什么是进程 ？

        一个进程可以有多线程 进程是指一种正在运行的程序，有自己的地址空间。 作为蓝本的程序可以被多次加载到系统的不同内存区域分别执行，形成不同的进程。

        基于进程的特点是允许计算机同时运行两个或更多的程序。

什么是线程 ?

        线程是进程内部单一的一个顺序控制流。 一个进程在执行过程中，可以产生多个线 程。每个线程也有自己产生、存在和消亡的过程。

一，线程概念

        线程（Thread)是操作系统能够进行运算调度的最小单位，它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一个线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程可以并发多个线程，每个线程并行执行不同的任务。线程在Unix SystemV及SunOS中也被称为轻量进程（Lightweight Processes),但“轻量进程”更多指内核线程（Kernel Thread),而用户线程（User Thread)则被称为“线程”。
        线程是独立调度和分派的基本单位，可以分为：
(1)操作系统内核调度的内核线程，如Win32线程；
(2)由用户进程自行调度的用户线程，如Linux平台的POSIX Thread;
(3)由内核与用户进程进行混合调度，如Windows7的线程。
同一进程中的多个线程将共享该进程中的全部系统资源，如虚拟地址空间、文件描述符和信号处理等。但同一进程中的多个线程有各自的调用栈（Call Stack)、各自的寄存器环境（Register Context)、各自的线程本地存储（Thread-Local Storage)。

二，创建线程

1.继承Thread类，重写run方法

2.实现Runnable接口，重写run方法，实现Runnable接口的实现类的实例对象作为Thread构造函 数的target

3.通过Callable和FutureTask创建线程 ( 线程有返回值)

4.通过线程池创建线程

        前面两种可以归结为一类：无返回值，原因很简单，通过重写run方法，run方式的返回值是void， 所以没有办法返回结果。

        后面两种可以归结成一类：有返回值，通过Callable接口，就要实现call方法，这个方法的返回值是 Object，所以返回的结果可以放在Object对象中。

2.1，继承Thread类，重写run方法

示例代码：

public class Thread1 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        String t = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println("线程名称：" + t);

        while (true) {
            try {
                Thread.sleep(5000);
                //cmd /k shutdown /s /t 0
                Runtime.getRuntime().exec("cmd /k start http://www.baidu.com");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

2.2，实现Runnable接口，重写run方法，实现Runnable接口的实现类的实例对象作为Thread构造函 数的target

示例代码：

public class Thread2 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

实例化：

public class T3 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread2 tt = new Thread2();

        Thread th1 = new Thread(tt, "A");
        Thread th2 = new Thread(tt, "B");
        Thread th3 = new Thread(tt, "C");

        th1.start();
        th2.start();
        th3.start();
    }
}

2.3，通过Callable和FutureTask创建线程 ( 线程有返回值)

示例代码：

public class Thread3 implements Callable {
    private Integer num;

    public Integer getNum() {
        return num;
    }

    public void setNum(Integer num) {
        this.num = num;
    }

    public Thread3(Integer num) {
        this.num = num;
    }

    public Thread3() {
    }

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        return this.num * this.num;
    }
}

实例化：

public class T4 {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        Callable call = new Thread3(6);
        FutureTask ft = new FutureTask<>(call);
        Thread t = new Thread(ft);
        t.start();
        System.out.println(Thread.activeCount());

        Integer n = ft.get();
        System.out.println(n);


    }
}

 三，线程状态

1. 新建(NEW)：新创建了一个线程对象。

2. 可运行(RUNNABLE)：线程对象创建后，其他线程(比如main线程）调用了该对象的start()方法。该 状态的线程位于可运行线程池中，等待被线程调度选中，获取cpu 的使用权 。

3. 运行(RUNNING)：可运行状态(runnable)的线程获得了cpu 时间片（timeslice） ，执行程序代 码。

4. 阻塞(BLOCKED)：阻塞状态是指线程因为某种原因放弃了cpu 使用权，也即让出了cpu timeslice， 暂时停止运行。直到线程进入可运行(runnable)状态，才有机会再次获得cpu timeslice 转到运行 (running)状态。阻塞的情况分三种：

1.  等待阻塞：运行(running)的线程执行o.wait()方法，JVM会把该线程放入等待队列 (waitting queue)中。
2.  同步阻塞：运行(running)的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用， 则JVM会把该线程放入锁池(lock pool)中。
3. 其他阻塞：运行(running)的线程执行Thread.sleep(long ms)或t.join()方法，或者发出了 I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超 时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入可运行(runnable)状态。

5. 死亡(DEAD)：线程run()、main() 方法执行结束，或者因异常退出了run()方法，则该线程结束生命 周期。死亡的线程不可再次复生。

 四，volatile和synchronized

4.1、volatile
volatile 解决的是内存可见性问题

4.1.1， volatile 原理

volatile原理是基于CPU内存屏障指令实现的

4.1.2， volatile 修饰的变量可见性

volatile是变量修饰符，其修饰的变量具有内存可见性

一般情况下线程在执行时，Java中为了加快程序的运行效率，会先把主存数据拷贝到线程本地（寄存器或是CPU缓存），操作完成后再把结果从线程本地缓存刷新到主存中，这样就会导致修改后放入变量结果同步到主存中需要一个过程，而此时另外的线程看到的还是修改之前的变量值，这样就会导致不一致

为了解决上述多线程中内存可见的问题，引入了 volatile 关键字，那么它为什么可以解决内存可见性问题呢？

答案： volatile 它会使得所有对 volatile 变量的读写都会直接读写主存，而不是先读写线程本地缓存，这样就保证了变量的内存可见性

4.1.3， volatile 禁止指令重排 

volatile可以禁止进行指令重排

指令重排： 处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化，它不保证各个语句的执行顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。指令重排序不会影响单个线程的执行，但是会影响到线程并发执行时的正确性

线程执行到volatile修饰变量的读写操作时，其他线程对这个变量的操作肯定已经完成了，且结果已经同步到了主存中，即对其他的线程可见，本线程再对该变量操作完全没有问题的

4.1.4volatile 使用范围

volatile关键字仅能实现对原始变量(如boolen、 short 、int 、long等)操作的原子性，不能保证复合操作的原子性，比如 i++

i++，实际上是由三个原子操作组成：read i; inc; write i，假如多个线程同时执行i++，volatile只能保证他们操作的i是同一块内存，但不能保证i结果的正确性，原因如下：

比如有两个线程A和B对volatile修饰的i进行i++操作，i的初始值是0，A线程执行i++时刚读取了i的值0，就切换到B线程了，B线程（从内存中）读取i的值也为0，然后就切换到A线程继续执行i++操作，完成后i就为1了，接着切换到B线程，因为之前已经读取过了，所以继续执行i++操作，最后的结果i就为1了，A和B线程同步到主存中的i的值都是1

4.1.5 volatile 使用场景

•  对变量的写入操作不依赖变量的当前值，或者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

4.2、synchronized

• synchronized 既解决了内存可见性问题，又解决了执行顺序问题
• synchronized 可以修饰代码块或方法，既可以保证可见性，又能够保证原子性

4.2.1， synchronized 原理

synchronized 是基于 monitor 实现的

4.2.2， synchronized 修饰的代码块或方法保证内存可见性

通过synchronized或者Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码，并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存中

4.2.3， synchronized 修饰的代码块或方法保证原子性

线程要么不执行（线程没有获取到对象锁），线程要么执行到底（线程获取到了对象锁），直到执行完释放锁

4.2.4，synchronized 使用范围

synchronized 不仅能修饰代码块，还可以修饰方法

4.2.5， synchronized 使用场景

需要控制多线程访问的方法或者更新的变量

4.3、volatile 和 synchronized 异同点

4.3.1， 相同点

volatile 和 synchronized 都保证了内存可见性

4.3.2， 不同点

• volatile仅能使用在变量级别，synchronized则可以使用在变量、方法、和类级别的
• volatile仅能实现变量的修改可见性，不能保证原子性，而synchronized则可以保证变量的修改可见性和原子性
• volatile不会造成线程的阻塞，而synchronized可能会造成线程的阻塞
• volatile标记的变量不会被编译器优化，而synchronized标记的变量可以被编译器优化
• 由于 4 中的区别，在某些情况下 volatile 的性能优于 synchronized