Java基础部分笔记-------Java多线程总结

1.理解多线程

多线程是这样一种机制，它允许在程序中并发执行多个指令流，每个指令流都称为一个线程，彼此间互相独立。线程又称为轻量级进程，它和进程一样拥有独立的执行控制，由操作系统负责调度，区别在于线程没有独立的存储空间，而是和所属进程中的其它线程共享一个存储空间，这使得线程间的通信远较进程简单。  

具体到java内存模型，由于Java被设计为跨平台的语言，在内存管理上，显然也要有一个统一的模型。系统存在一个主内存（Main Memory）， Java中所有变量都储存在主存中，对于所有线程都是共享的。每条线程都有自己的工作内存（Working Memory），工作内存中保存的是主存中某些变量的拷贝，线程对所有变量的操作都是在工作内存中进行，线程之间无法相互直接访问，变量传递均需要通过主存完成。  

多个线程的执行是并发的，也就是在逻辑上“同时”，而不管是否是物理上的“同时”。如果系统只有一个CPU，那么真正的“同时”是不可能的。多线程和传统的单线程在程序设计上最大的区别在于，由于各个线程的控制流彼此独立，使得各个线程之间的代码是乱序执行的，将会带来线程调度，同步等问题。

2.Java中实现多线程

    2.1 继承Thread类创建线程类

           继承承 Thread 类，重写方法 run（），我们在创建Thread 类的子类中重写 run（） ，加入线程所要执行的代  码即可.

package com.blog;

public class ThreadTest extends Thread {

	@Override
	public void run() {
		for(int i=0;i<=10;i++){
			System.out.println(i+this.getName());
		}
	}
	public static void main(String[] args) {
		for(int i=0;i<=3;i++){
			new ThreadTest().start();
			new ThreadTest().start();
		}
	}
	
}
//output:   0Thread-1    
            0Thread-5
            1Thread-5
            2Thread-5
            3Thread-5
            4Thread-5
            5Thread-5
            6Thread-5
            7Thread-5
            8Thread-5
            9Thread-5
            10Thread-5
            0Thread-3
            1Thread-3
            2Thread-3
            3Thread-3
            4Thread-3
            5Thread-3
            6Thread-3
            7Thread-3
            8Thread-3
            9Thread-3
            10Thread-3
            0Thread-6
            1Thread-6
            2Thread-6
            3Thread-6
            4Thread-6
            5Thread-6
            6Thread-6
            7Thread-6
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            10Thread-6
            0Thread-4
            1Thread-4
            2Thread-4
            3Thread-4
            4Thread-4
            5Thread-4
            6Thread-4
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            8Thread-4
            9Thread-4
            10Thread-4
            0Thread-2
            1Thread-2
            2Thread-2
            3Thread-2
            4Thread-2
            5Thread-2
            6Thread-2
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            10Thread-2
            0Thread-0
            1Thread-0
            2Thread-0
            3Thread-0
            4Thread-0
            5Thread-0
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            8Thread-0
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            10Thread-0
            1Thread-1
            2Thread-1
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            0Thread-7
            1Thread-7
            2Thread-7
            3Thread-7
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            5Thread-7
            6Thread-7
            7Thread-7
            8Thread-7
            9Thread-7
            10Thread-7
~//从控制台输出结果可以看出,程序不是顺序执行,而是多线程CPU分时间片并发执行.

     2.1 实现Runable接口

         Runnable 接口只有一个方法 run（），我们声明自己的类实现 Runnable 接口并提供这一方法，将我们的线程代码写入其中，就完成了这一部分的任务。但是 Runnable 接口并没有任何对线程的支持，我们还必须创建 Thread 类的实例，这一点通过 Thread 类的构造函数public Thread（Runnable target）；来实现。

package com.blog;
public class ThreadTest2 implements Runnable {
	private int count;
	
	public ThreadTest2(int count) {
		this.count = count;
	}
	@Override
	public void run() {
		for(int i=0;i<=10;i++){
			System.out.println(i+"mythread"+count);
		}
	}
	public static void main(String[] args) {
		Thread thread = new Thread(new ThreadTest2(10));
		thread.start();
		new Thread(new ThreadTest2(15)).start();
	}
}
//output:   0mythread15
            0mythread10
            1mythread10
            2mythread10
            3mythread10
            4mythread10
            5mythread10
            6mythread10
            7mythread10
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            9mythread10
            10mythread10
            1mythread15
            2mythread15
            3mythread15
            4mythread15
            5mythread15
            6mythread15
            7mythread15
            8mythread15
            9mythread15
            10mythread15

     

    2.3 实现线程的两种方式的对比

采用继承Thread类方式：
（1）优点：编写简单，如果需要访问当前线程，无需使用Thread.currentThread()方法，直接使用this，即可获得当前线程。
（2）缺点：因为线程类已经继承了Thread类，所以不能再继承其他的父类。
采用实现Runnable接口方式：
（1）优点：线程类只是实现了Runable接口，还可以继承其他的类。在这种方式下，可以多个线程共享同一个目标对象，所以非常适合多个相同线程来处理同一份资源的情况，从而可以将CPU代码和数据分开，形成清晰的模型，较好地体现了面向对象的思想。
（2）缺点：编程稍微复杂，如果需要访问当前线程，必须使用Thread.currentThread()方法。

3. 线程的状态类型

1. 新建状态（New）：新创建了一个线程对象。
2. 就绪状态（Runnable）：线程对象创建后，其他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，变得可运行，等待获取CPU的使用权。
3. 运行状态（Running）：就绪状态的线程获取了CPU，执行程序代码。
4. 阻塞状态（Blocked）：阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种：
（一）、等待阻塞：运行的线程执行wait()方法，JVM会把该线程放入等待池中。
（二）、同步阻塞：运行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中。
（三）、其他阻塞：运行的线程执行sleep()或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，线程重新转入就绪状态。
5. 死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

4. 线程同步

由于同一进程的多个线程共享同一片存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突这个严重的问题。Java语言提供了专门机制以解决这种冲突，有效避免了同一个数据对象被多个线程同时访问。 
由于我们可以通过 private 关键字来保证数据对象只能被方法访问，所以我们只需针对方法提出一套机制，这套机制就是 synchronized 关键字，它包括两种用法：synchronized 方法和 synchronized 块。 

1. synchronized 方法：通过在方法声明中加入 synchronized关键字来声明 synchronized 方法。

public synchronized void syncMethod(int variable);

synchronized 方法控制对类成员变量的访问：每个类实例对应一把锁，每个 synchronized 方法都必须获得调用该方法的类实例的锁方能执行，否则所属线程阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到从该方法返回时才将锁释放，此后被阻塞的线程方能获得该锁，重新进入可执行状态。这种机制确保了同一时刻对于每一个类实例，其所有声明为 synchronized 的成员函数中至多只有一个处于可执行状态（因为至多只有一个能够获得该类实例对应的锁），从而有效避免了类成员变量的访问冲突（只要所有可能访问类成员变量的方法均被声明为 synchronized）。 
在 Java 中，不光是类实例，每一个类也对应一把锁，这样我们也可将类的静态成员函数声明为 synchronized ，以控制其对类的静态成员变量的访问。 
synchronized 方法的缺陷：若将一个大的方法声明为synchronized 将会大大影响效率，典型地，若将线程类的方法 run() 声明为 synchronized ，由于在线程的整个生命期内它一直在运行，因此将导致它对本类任何 synchronized 方法的调用都永远不会成功。当然我们可以通过将访问类成员变量的代码放到专门的方法中，将其声明为 synchronized ，并在主方法中调用来解决这一问题，但是 Java 为我们提供了更好的解决办法，那就是 synchronized 块。 
2. synchronized 块：通过 synchronized关键字来声明synchronized 块。语法如下： 
synchronized(syncObject) { 
//允许访问控制的代码 } 
synchronized 块是这样一个代码块，其中的代码必须获得对象 syncObject （如前所述，可以是类实例或类）的锁方能执行，具体机制同前所述。由于可以针对任意代码块，且可任意指定上锁的对象，故灵活性较高。 

5. 线程的阻塞

为了解决对共享存储区的访问冲突，Java 引入了同步机制，现在让我们来考察多个线程对共享资源的访问，显然同步机制已经不够了，因为在任意时刻所要求的资源不一定已经准备好了被访问，反过来，同一时刻准备好了的资源也可能不止一个。为了解决这种情况下的访问控制问题，Java 引入了对阻塞机制的支持。 
阻塞指的是暂停一个线程的执行以等待某个条件发生（如某资源就绪）。Java 提供了大量方法来支持阻塞，下面让我们逐一分析。 
1. sleep() 方法：sleep() 允许 指定以毫秒为单位的一段时间作为参数，它使得线程在指定的时间内进入阻塞状态，不能得到CPU 时间，指定的时间一过，线程重新进入可执行状态。 
典型地，sleep() 被用在等待某个资源就绪的情形：测试发现条件不满足后，让线程阻塞一段时间后重新测试，直到条件满足为止。 
2. suspend() 和 resume() 方法：两个方法配套使用，suspend()使得线程进入阻塞状态，并且不会自动恢复，必须其对应的resume() 被调用，才能使得线程重新进入可执行状态。典型地，suspend() 和 resume() 被用在等待另一个线程产生的结果的情形：测试发现结果还没有产生后，让线程阻塞，另一个线程产生了结果后，调用 resume() 使其恢复。 
3. yield() 方法：yield() 使得线程放弃当前分得的 CPU 时间，但是不使线程阻塞，即线程仍处于可执行状态，随时可能再次分得 CPU 时间。调用 yield() 的效果等价于调度程序认为该线程已执行了足够的时间从而转到另一个线程。 
4. wait() 和 notify() 方法：两个方法配套使用，wait() 使得线程进入阻塞状态，它有两种形式，一种允许 指定以毫秒为单位的一段时间作为参数，另一种没有参数，前者当对应的 notify() 被调用或者超出指定时间时线程重新进入可执行状态，后者则必须对应的 notify() 被调用。 
初看起来它们与 suspend() 和 resume() 方法对没有什么分别，但是事实上它们是截然不同的。区别的核心在于，前面叙述的所有方法，阻塞时都不会释放占用的锁（如果占用了的话），而这一对方法则相反。上述的核心区别导致了一系列的细节上的区别。 
首先，前面叙述的所有方法都隶属于 Thread 类，但是这一对却直接隶属于 Object 类，也就是说，所有对象都拥有这一对方法。初看起来这十分不可思议，但是实际上却是很自然的，因为这一对方法阻塞时要释放占用的锁，而锁是任何对象都具有的，调用任意对象的 wait() 方法导致线程阻塞，并且该对象上的锁被释放。而调用 任意对象的notify()方法则导致因调用该对象的 wait() 方法而阻塞的线程中随机选择的一个解除阻塞（但要等到获得锁后才真正可执行）。 
其次，前面叙述的所有方法都可在任何位置调用，但是这一对方法却必须在 synchronized 方法或块中调用，理由也很简单，只有在synchronized 方法或块中当前线程才占有锁，才有锁可以释放。同样的道理，调用这一对方法的对象上的锁必须为当前线程所拥有，这样才有锁可以释放。因此，这一对方法调用必须放置在这样的 synchronized 方法或块中，该方法或块的上锁对象就是调用这一对方法的对象。若不满足这一条件，则程序虽然仍能编译，但在运行时会出现IllegalMonitorStateException 异常。 
wait() 和 notify() 方法的上述特性决定了它们经常和synchronized 方法或块一起使用，将它们和操作系统的进程间通信机制作一个比较就会发现它们的相似性：synchronized方法或块提供了类似于操作系统原语的功能，它们的执行不会受到多线程机制的干扰，而这一对方法则相当于 block 和wakeup 原语（这一对方法均声明为 synchronized）。它们的结合使得我们可以实现操作系统上一系列精妙的进程间通信的算法（如信号量算法），并用于解决各种复杂的线程间通信问题。 
关于 wait() 和 notify() 方法最后再说明两点： 
第一：调用 notify() 方法导致解除阻塞的线程是从因调用该对象的 wait() 方法而阻塞的线程中随机选取的，我们无法预料哪一个线程将会被选择，所以编程时要特别小心，避免因这种不确定性而产生问题。 
第二：除了 notify()，还有一个方法 notifyAll() 也可起到类似作用，唯一的区别在于，调用 notifyAll() 方法将把因调用该对象的 wait() 方法而阻塞的所有线程一次性全部解除阻塞。当然，只有获得锁的那一个线程才能进入可执行状态。 
谈到阻塞，就不能不谈一谈死锁，略一分析就能发现，suspend() 方法和不指定超时期限的 wait() 方法的调用都可能产生死锁。遗憾的是，Java 并不在语言级别上支持死锁的避免，我们在编程中必须小心地避免死锁。 
以上我们对 Java 中实现线程阻塞的各种方法作了一番分析，我们重点分析了 wait() 和 notify() 方法，因为它们的功能最强大，使用也最灵活，但是这也导致了它们的效率较低，较容易出错。实际使用中我们应该灵活使用各种方法，以便更好地达到我们的目的。