Java并发指南1：并发基础与Java多线程

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本文是微信公众号【Java技术江湖】的《Java并发指南》其中一篇，本文大部分内容来源于网络，为了把本文主题讲得清晰透彻，也整合了很多我认为不错的技术博客内容，引用其中了一些比较好的博客文章，如有侵权，请联系作者。

该系列博文会告诉你如何全面深入地学习Java并发技术，从Java多线程基础，再到并发编程的基础知识，从Java并发包的入门和实战，再到JUC的源码剖析，一步步地学习Java并发编程，并上手进行实战，以便让你更完整地了解整个Java并发编程知识体系，形成自己的知识框架。

为了更好地总结和检验你的学习成果，本系列文章也会提供一些对应的面试题以及参考答案。

如果对本系列文章有什么建议，或者是有什么疑问的话，也可以关注公众号【Java技术江湖】联系作者，欢迎你参与本系列博文的创作和修订。

1多线程的优点

- 资源利用率更好
- 程序设计在某些情况下更简单
- 程序响应更快

1.1资源利用率更好案例

方式1
从磁盘读取一个文件需要5秒，处理一个文件需要2秒。处理两个文件则需要14秒

1    5秒读取文件A2    2秒处理文件A3    5秒读取文件B4    2秒处理文件B5    ---------------------6    总共需要14秒

方式2
从磁盘中读取文件的时候，大部分的CPU非常的空闲。它可以做一些别的事情。通过改变操作的顺序，就能够更好的使用CPU资源。看下面的顺序：

1    5秒读取文件A2    5秒读取文件B + 2秒处理文件A3    2秒处理文件B4    ---------------------5    总共需要12秒

总结：多线程并发效率提高2秒

1.2程序响应更快

设想一个服务器应用，它在某一个端口监听进来的请求。当一个请求到来时，它把请求传递给工作者线程(worker thread)，然后立刻返回去监听。而工作者线程则能够处理这个请求并发送一个回复给客户端。

 while(server is active){
        listenThread for request
       hand request to workerThread
    }

这种方式，服务端线程迅速地返回去监听。因此，更多的客户端能够发送请求给服务端。这个服务也变得响应更快。

2多线程的代价

2.1设计更复杂

多线程一般都复杂。在多线程访问共享数据的时候，这部分代码需要特别的注意。线程之间的交互往往非常复杂。不正确的线程同步产生的错误非常难以被发现，并且重现以修复。

2.2上下文切换的开销

上下文切换当CPU从执行一个线程切换到执行另外一个线程的时候，它需要先存储当前线程的本地的数据，程序指针等，然后载入另一个线程的本地数据，程序指针等，最后才开始执行。

CPU会在一个上下文中执行一个线程，然后切换到另外一个上下文中执行另外一个线程。

上下文切换并不廉价。如果没有必要，应该减少上下文切换的发生。

2.3增加资源消耗

每个线程需要消耗的资源：

CPU，内存（维持它本地的堆栈），操作系统资源（管理线程）

3竞态条件与临界区

当多个线程竞争同一资源时，如果对资源的访问顺序敏感，就称存在竞态条件。导致竞态条件发生的代码区称作临界区。

多线程同时执行下面的代码可能会出错：

public class Counter {
    protected long count = 0;
 
    public void add(long value) {
        this.count = this.count + value;
    }
}

想象下线程A和B同时执行同一个Counter对象的add()方法，我们无法知道操作系统何时会在两个线程之间切换。JVM并不是将这段代码视为单条指令来执行的，而是按照下面的顺序

从内存获取 this.count 的值放到寄存器
将寄存器中的值增加value
将寄存器中的值写回内存
 
 
 
观察线程A和B交错执行会发生什么
 
    this.count = 0;
   A:   读取 this.count 到一个寄存器 (0)
   B:   读取 this.count 到一个寄存器 (0)
   B:   将寄存器的值加2
   B:   回写寄存器值(2)到内存. this.count 现在等于 2
   A:   将寄存器的值加3

由于两个线程是交叉执行的，两个线程从内存中读出的初始值都是0。然后各自加了2和3，并分别写回内存。最终的值可能并不是期望的5，而是最后写回内存的那个线程的值，上面例子中最后写回内存可能是线程A，也可能是线程B

4线程的运行与创建

Java 创建线程对象有两种方法：

继承 Thread 类创建线程对象
实现 Runnable 接口类创建线程对象

注意：

在java中，每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程，一个是垃圾收集线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个jvm，每一个jvm实际上就是在操作系统中启动了一个进程。

5线程的状态和优先级

线程优先级1 到 10 ，其中 1 是最低优先级，10 是最高优先级。

状态

new（新建）
runnnable（可运行）
blocked（阻塞）
waiting（等待）
time waiting （定时等待）
terminated（终止）

状态转换

线程状态流程如下：

线程创建后，进入 new 状态
调用 start 或者 run 方法，进入 runnable 状态
JVM 按照线程优先级及时间分片等执行 runnable 状态的线程。开始执行时，进入 running 状态
如果线程执行 sleep、wait、join，或者进入 IO 阻塞等。进入 wait 或者 blocked 状态
线程执行完毕后，线程被线程队列移除。最后为 terminated 状态

代码

public class MyThreadInfo extends Thread {
 
    @Override // 可以省略
    public void run() {
        System.out.println("run");
        // System.exit(1);
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        MyThreadInfo thread = new MyThreadInfo();
        thread.start();
 
        System.out.println("线程唯一标识符：" + thread.getId());
        System.out.println("线程名称：" + thread.getName());
        System.out.println("线程状态：" + thread.getState());
        System.out.println("线程优先级：" + thread.getPriority());
    }
}
 
结果：
线程唯一标识符：9
线程名称：Thread-0
run
线程状态：RUNNABLE