Java 多线程基础

JMM(Java内存模型)

  • Java内存模型是一种逻辑模型,是一组预定规范,定义了每个变量的访问方式,简要运行方式如下
  • Java内存区域,描述了Java内存的物理分布
Java内存区域

JMM分为主内存和工作内存(栈空间),JVM会为每一个线程分配一个工作内存,Java中所有的实例对象都存在主存中,主存对所有线程共享,但线程不能直接操作主存,只能先进行拷贝,操作完毕后再存进主存中。工作内存是私有的,存有主存数据的副本,线程间的通信必须通过主存来进行

JMM的数据存储

方法中的基本数据类型存储在工作内存的栈帧中,对象实例的引用也存储在栈帧中,但值存在主存中,除此之外,例如成员变量,静态变量等都存在主存中

JMM保证线程安全的三个特性

  • 原子性:指不可中断的操作,理论上对于32位操作系统来说,long和double数据的读取是非原子操作

  • 可见性:一个线程间共享的变量可见,指当一个线程修改了该共享变量的值,其他线程是否能立刻获取到这一次的修改。对于单线程来说,这个问题是不存在的,而对于多线程来说,如果存在工作内存和主存的同步延迟,就会出现一个线程修改变量之后,另一个线程仍然读取修改前主存中的变量值

  • 有序性:对于多线程,编译成机器码后会出现指令重排的现象,对于一个线程来说,每条指令的执行顺序是固定的,但对于多个线程来说,指令的执行顺序是不固定的

JMM提供的线程安全解决方案

  • 对数据的原子性操作,可以使用java.util.concurrent.atomic.*这个包,对代码块的原子性操作,可以使用synchronized关键字或者重入锁(ReentrantLock)

  • happens-before原则

一套辅助规则保证程序执行的原子性,可见性和有序性

  • 同一线程中,代码一定按顺序执行
  • 同一个锁,先进行解锁才能加锁(也就是说加锁和解锁一定是轮流执行)
  • 对于volatile变量,强制从主存中读取,并且在改变后强制刷新到主存
  • 线程启动规则:线程的start()方法先于它的每一个动作
  • 线程终止规则:线程的终止在所有动作之后(例如线程A中执行了线程B.join(),那么B中所有的对共享变量的操作结果,都能在B.join()结束后被A读取到)
  • 线程中断规则:interrupt()方法先执行,Thread.interrupted()再返回true
  • 对象终结规则:对象的构造函数先于finalize()方法(但一般不会Override finalize()方法)

新建线程的三种方式

  • 继承Thread类
  • 实现Runnable接口(lambda,匿名内部类等)
  • 实现Callable接口

线程状态

名称 状态
NEW 构建完毕,但是没有start()
RUNNABLE 运行中,包括就绪和运行状态
BLOCKED 线程阻塞,被锁住
WAITING 线程进入等待状态,需要其他线程通知或中断
TIME_WAITING 超时等待,可以在指定时间自行改变
TERMINATED 线程终止,已执行完毕

线程操作

  • interrupt 不改变线程的状态情况下实现线程间的交互,可以用于线程结束时清理资源
  • join 将另一个线程加入当前线程,同步执行
  • sleep 让线程按指定时间休眠,注意和Object.wait()的比较
  • yield 让当前线程让出cpu,注意与sleep比较

interrupt机制

当调用thread.interrupt()时

  1. 线程在sleep, wait, join, 方法会被唤醒,并且需要对interruptedException进行处理
  2. 线程运行(RUNNABLE)中,会设置interrupt标志位,可通过isInterrupted()进行查看并进行处理

守护线程

例如GC,JIT线程就属于守护线程,可以通过setDaemon设置,当虚拟机只有守护线程时,线程会执行退出

Tips

  • yield VS sleep
  1. yield只是使当前线程让出cpu,不一定会切换到其他线程
  2. yield让出cpu后,只有与当前线程具有相同优先级的线程有竞争权,而sleep交出的时间片,其他线程都可以竞争
  • 编译器重排和处理器指令重排:
  1. 简单地说,比如线程A有指令A1,A2,A3,线程B有指令B1,B2,B3,A1A2A3B1B2B3,A1B1B2B3A2A3等等都是可能出现的指令顺序
  2. 赋值语句的重排属于编译器重排,而机器码指令的重排数据处理器重排

ref

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https://blog.csdn.net/javazejian/article/details/72772461
https://blog.csdn.net/javazejian/article/details/72828483

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