线程总结


一:基本概念

1.程序、进程、线程概念

程序(program)是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码,静态对象。

进程(process)是代码在数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的基本单位。系统运行一个程序即是一个进程从创建,运行到消亡的过程。

线程(thread)是进程的一个执行路径,一个进程中至少有一个线程,进程中的多个线程共享进程的堆和方法区资源,但每个线程都有自己的程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈。线程是CPU分配的基本单位。

在windows中查看任务管理器的方式,可以看到window当前运行的进程(.exe文件的运行):

在这里插入图片描述

小结:

  • 程序(program)是为完成指定任务,用某种语言编写的一组指令集合.指一段静态的代码
  • 进程(process)是正在运行的一个程序.是一个动态的过程
  • 线程(thread)是一个程序内部的一条执行路径

2.线程与进程的关系与区别

一个进程中可以有多个线程,多个线程共享进程的方法区 (JDK1.8 之后的元空间)资源,但是每个线程有自己的程序计数器虚拟机栈本地方法栈

线程 是 进程 划分成的更小的运行单位。线程和进程最大的不同在于基本上各进程是独立的,而各线程则不一定,因为同一进程中的线程极有可能会相互影响。线程执行开销小,但不利于资源的管理和保护;而进程正相反

在这里插入图片描述

程序计数器:

  • 字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令,实现代码流程控制
  • 多线程情况下,程序计数器用于记录当前线程执行的位置,知道线程切换回来运行到哪了
  • 只有执行的是java代码时程序计数器记录的才是下一条指令地址. 若是native方法,记录的是undefined地址

程序计数器私有主要是为了线程切换后能恢复到正确的执行位置

虚拟机栈与本地方法栈:

  • 虚拟机栈: 每个 Java 方法在执行的同时会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、常量池引用等信息。从方法调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在 Java 虚拟机栈中入栈和出栈的过程。
  • 本地方法栈: 和虚拟机栈所发挥的作用非常相似,区别是: 虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法 (也就是字节码)服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。 在 HotSpot 虚拟机中和 Java 虚拟机栈合二为一。

为了保证线程中的局部变量不被别的线程访问到,虚拟机栈和本地方法栈是线程私有的。

堆和方法区:

  • 堆和方法区是所有线程共享的资源,其中是进程中最大的一块内存,主要用于存放新创建的对象 (所有对象都在这里分配内存),方法区主要用于存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

3.单核CPU,多核CPU的理解

  1. 单核CPU,实质是一种假的多线程,在一个时间单元内,也只能执行一个线程的任务.
  2. 多核CPU是多线程,每个核单独执行一个线程的任务.
  3. 一个java应用程序java.exe,至少有三个线程:main()主线程,gc()垃圾回收线程,异常处理线程.

4.并行与并发区别

  1. 并行:多个CPU同时执行多个任务.(多个人同时做不同的事) ; 单位时间内,多个任务同时执行。
  2. 并发:一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务.(多个人做同一件事) ; 同一时间段,多个任务都在执行 (单位时间内不一定同时执行)

5.使用多线程好处及可能带来的问题

从总体上来说:

  • 从计算机底层来说: 线程可以比作是轻量级的进程,是程序执行的最小单位,线程间的切换和调度的成本远远小于进程。另外,多核 CPU 时代意味着多个线程可以同时运行,这减少了线程上下文切换的开销。
  • 从当代互联网发展趋势来说: 现在的系统动不动就要求百万级甚至千万级的并发量,而多线程并发编程正是开发高并发系统的基础,利用好多线程机制可以大大提高系统整体的并发能力以及性能。

提高应用程序的响应, 提高CPU的利用率, 改善程序结构

并发编程的目的就是为了能提高程序的执行效率提高程序运行速度,但是并发编程并不总是能提高程序运行速度的,而且并发编程可能会遇到很多问题,比如:内存泄漏、上下文切换、死锁还有受限于硬件和软件的资源闲置问题

6.何时需要多线程

  • 程序需要同时执行两个或多个任务.
  • 程序需要实现一些需要等待的任务, 如用户输入、文件读写操作、网络操作、搜索等
  • 需要一些后台运行的程序时.

二:线程的创建和使用

JVM允许程序运行多个线程,通过java.lang.Thread类体现.JDK1.5之前有两种方式创建线程: 继承Thread类 和 实现Runnable接口. JDK5新增创建方式: 实现Callable接口 和 线程池

1.继承Thread类

Thread类特性:

  • 每个线程都是通过某个特定Thread对象的run()方法完成操作的,常把run()方法的主体称为线程体.
  • 通过Thread对象的start()方法启动线程,不是直接调用run()方法

Thread类构造器:

  • Thread() : 创建Thread对象
  • Thread(String threadname) : 创建线程并指定线程实例名
  • Thread(Runnable target) : 创出线程的目标对象,它实现了Runnable接口的run()
  • Thread(Runnable target, String name) : 创建新的Thread对象

流程:

  • 继承Thread
  • 重写Thread中的run()
  • 创建线程对象
  • 调用对象的start(): 启动线程,调用run()

注意:

  • 对象调用run()方法,没有启动多线程模式,
  • run()方法由JVM掉用,什么时候,执行过程都由CPU调度决定.
  • 启动多线程,必须调用start()方法.
  • 一个线程对象不能重复调用start()方法,否则发生 “线程状态不符” 异常

示例:

//1. 创建一个继承于Thread类的子类
class MyThread extends Thread {
    public MyThread(){}
    public MyThread(String name){ super(name); }

    //2. 重写Thread类的run()
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                /*public Thread() {
                    init(null, null, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
                }*/
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        //3. 创建Thread类的子类的对象
//        MyThread t1 = new MyThread();
        MyThread t1 = new MyThread("分线程");
        //设置线程名称
//        t1.setName("线程一");

        //4.通过此对象调用start():①启动当前线程 ② 调用当前线程的run()
        t1.start();

        //问题一:我们不能通过直接调用run()的方式启动线程。
//        t1.run();
        //问题二:再启动一个线程,遍历100以内的偶数。不可以还让已经start()的线程去执行。
        /*if (threadStatus != 0)
            throw new IllegalThreadStateException();*/
//        t1.start();       // java.lang.IllegalThreadStateException

        //我们需要重新创建一个线程的对象
        MyThread t2 = new MyThread();
        t2.start();
        Thread.currentThread().setName("主线程");

        //如下操作仍然是在main线程中执行的。
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

2.实现Runnable接口

流程:

  • 实现Runnable接口.
  • 重写Runnable接口中的run()方法.
  • 通过Thread(Runnable target)构造器创建线程对象.
  • 调用start()方法: 开启线程,调用Runnable子类接口的run()方法.

示例:

//1. 创建一个实现了Runnable接口的类
class MyThread2 implements Runnable{
    //2. 实现类去实现Runnable中的抽象方法:run()
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100 ; i++) {
            if (i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
            }
        }
    }
}

public class ThreadTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        //3. 创建实现类的对象
        MyThread2 r1 = new MyThread2();
        //4. 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中,创建Thread类的对象
        Thread t1 = new Thread(r1);
        t1.setName("线程1");
        //5. 通过Thread类的对象调用start():① 启动线程 ②调用当前线程的run()
        // -->调用了Runnable类型的target的run()
        t1.start();

        //再启动一个线程,遍历100以内的偶数
        Thread t2 = new Thread(r1);
        t2.setName("线程2");
        t2.start();
    }
}

3.继承Thread类与实现Runnable接口的联系

public class Thread extends Object implements Runnable{ ... }

联系: 都需要重写run()方法,将线程要执行的逻辑都声明在run()中

实现Runnable接口方式的好处

  • 避免了单继承的局限性
  • 多个线程可以共享同一个接口实现类的对象,适合处理多个线程有共享数据的情况

4.实现Callable接口

流程:

  • 创建一个实现Callable接口的实现类
  • 重写call方法,将此线程需要执行的操作声明在call()中
  • 创建Callable接口实现类的对象
  • 将此Callable接口实现类的对象作为参数传递到FutureTask构造器中,创建FutureTask的对象
  • 将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中,创建Thread对象
  • 调用start() , 开启线程, 调用Callable实现类的call()方法

Callable接口相对于Runnable接口的优势:

  • call() 可以有返回值
  • call() 可以抛出异常,被外面操作捕获,获取异常信息
  • Callable 支持泛型

说明:

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V>{ ... }

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
    /**
     * Sets this Future to the result of its computation
     * unless it has been cancelled.
     */
    void run();
}

FutureTask是Future接口的唯一的实现类,FutureTask 同时继承了Runnable, Future接口。它既可以作为
Runnable被线程执行,又可以作为Future得到Callable的返回值.

示例:

/**
 * 实现Callable接口
 *
 * @author zlg
 * @create 2019-11-16 15:21
 */
//1.创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable<Integer>{

    //2.实现call方法,将此线程需要执行的操作声明在call()中
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            if (i % 2 == 0){
                System.out.println(i);
                sum += i;
            }
        }
        return sum;
    }
}

public class ImplementTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建Callable接口实现类的对象
        NumThread numThread = new NumThread();
        //4.将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中,创建FutureTask的对象
        // public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V>
        FutureTask<Integer> integerFutureTask = new FutureTask<>(numThread);
        //5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中,创建Thread对象,并调用start()
        Thread thread = new Thread(integerFutureTask);
        thread.start();
        try {
            //6.获取Callable中call方法的返回值
            //get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
            Integer integer = integerFutureTask.get();
            System.out.println("输出为: " + integer);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

5.实现Runnable接口和Callable接口的区别

Runnable自Java 1.0以来一直存在,但Callable仅在Java 1.5中引入,目的就是为了来处理Runnable不支持的用例。Runnable 接口不会返回结果或抛出检查异常,但是Callable 接口可以。所以,如果任务不需要返回结果或抛出异常推荐使用 Runnable 接口,这样代码看起来会更加简洁。

工具类 Executors 可以实现 Runnable 对象和 Callable 对象之间的相互转换。(Executors.callable(Runnable task)或 Executors.callable(Runnable task,Object resule))。

Runnable.java :

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
   /**
    * 被线程执行,没有返回值也无法抛出异常
    */
    public abstract void run();
}

Callable :

@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
    /**
     * 计算结果,或在无法这样做时抛出异常。
     * @return 计算得出的结果
     * @throws 如果无法计算结果,则抛出异常
     */
    V call() throws Exception;
}

6.使用线程池

6.1 概述

提前创建好多个线程,放入线程池中,使用时直接获取,使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。线程池提供了一种限制和管理资源(包括执行一个任务)。 每个线程池还维护一些基本统计信息,例如已完成任务的数量。

使用线程池的好处:

  • 提高响应速度(当任务到达时,任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行)
  • 降低资源消耗(通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗)
  • 便于线程管理(线程是稀缺资源,如果无限制的创建,不仅会消耗系统资源,还会降低系统的稳定性,使用线程池可以进行统一的分配,调优和监控)
    • corePoolSize:核心池的大小
    • maximumPoolSize:最大线程数
    • keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间后会终止

6.2 相关API

ExecutorService:真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor

  • void execute(Runnable command) :执行任务/命令,没有返回值,一般用来执行Runnable对象
  • <T> Future<T> submit(Callable<T> task) :执行任务,有返回值,一般又来执行Callable对象
  • void shutdown() :关闭连接池

Executors:工具类、线程池的工厂类,用于创建并返回不同类型的线程池

  • Executors.newFixedThreadPool(n) : 创建一个可重用固定线程数的线程池
  • Executors.newSingleThreadExecutor() :创建一个只有一个线程的线程池
  • Executors.newCachedThreadPool() :创建一个可根据需要创建新线程的线程池
  • Executors.newScheduledThreadPool(n) :创建一个线程池,它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。

示例:

/**
 * 使用线程池
 *
 * @author zlg
 * @create 2019-12-06 20:45
 */
class NumThread2 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            if (i % 2 != 0){
                System.out.println(i);
            }
        }
    }
}
class NumThread3 implements Callable<Integer>{
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            if (i % 2 == 0){
                System.out.println(i);
                sum += i;
            }
        }
        return sum;
    }
}

public class ThreadPoolTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //1. 提供指定线程数量的线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(16);
        ThreadPoolExecutor service = (ThreadPoolExecutor) executorService;
        //设置线程池的属性
//        System.out.println(executorService.getClass());
//        service.setCorePoolSize(15);
//        service.setKeepAliveTime();

        //2.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
        executorService.execute(new NumThread2());  //适合适用于Runnable
        Future<Integer> submit = executorService.submit(new NumThread3()); //适合使用于Callable
        System.out.println(submit.get());   // 2550

        //3.关闭连接池
        executorService.shutdown();
    }
}

6.3 执行execute()和submit()方法的区别

  • execute()方法用于提交不需要返回值的任务,所以无法判断任务是否被线程池执行成功与否;
  • submit()方法用于提交需要返回值的任务。线程池会返回一个 Future 类型的对象,通过这个 Future 对象可以判断任务是否执行成功,并且可以通过 Futureget()方法来获取返回值,get()方法会阻塞当前线程直到任务完成,而使用 get(long timeout,TimeUnit unit)方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回,这时候有可能任务没有执行完。

AbstractExecutorService接口中的一个 submit 方法为例子来看看源代码:

// AbstractExecutorService接口
public abstract class AbstractExecutorService implements ExecutorService {
    // submit(Runnable task)
    public Future<?> submit(Runnable task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }

    // 调用的 newTaskFor 方法返回了一个 FutureTask 对象
    protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Runnable runnable, T value) {
        return new FutureTask<T>(runnable, value);
    }
}

再来看看execute()方法:

public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
    public void execute(Runnable command) {
        ...
    }
}

public abstract class AbstractExecutorService implements ExecutorService {...}

public interface ExecutorService extends Executor {...}

public interface Executor {
    void execute(Runnable command);
}

6.4 如何创建线程池

《阿里巴巴Java开发手册》中强制线程池不允许使用 Executors 去创建,而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式,这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则,规避资源耗尽的风险

Executors 返回线程池对象的弊端如下:

  • FixedThreadPool 和 SingleThreadExecutor : 允许请求的队列长度为 Integer.MAX_VALUE ,可能堆积大量的请求,从而导致OOM。
  • CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool : 允许创建的线程数量为 Integer.MAX_VALUE ,可能会创建大量线程,从而导致OOM。

方式一:通过构造方法实现

方式二:通过Executor 框架的工具类Executors来实现 我们可以创建三种类型的ThreadPoolExecutor:

  • FixedThreadPool : 该方法返回一个固定线程数量的线程池。该线程池中的线程数量始终不变。当有一个新的任务提交时,线程池中若有空闲线程,则立即执行。若没有,则新的任务会被暂存在一个任务队列中,待有线程空闲时,便处理在任务队列中的任务。
  • SingleThreadExecutor: 方法返回一个只有一个线程的线程池。若多余一个任务被提交到该线程池,任务会被保存在一个任务队列中,待线程空闲,按先入先出的顺序执行队列中的任务。
  • CachedThreadPool: 该方法返回一个可根据实际情况调整线程数量的线程池。线程池的线程数量不确定,但若有空闲线程可以复用,则会优先使用可复用的线程。若所有线程均在工作,又有新的任务提交,则会创建新的线程处理任务。所有线程在当前任务执行完毕后,将返回线程池进行复用。

对应Executors工具类中的方法如图所示:

三:Thread类的相关方法

方法 描述
void start() 启动当前线程,并执行当前线程的run()方法
run() 被CPU调度时执行的操作,将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
String getName() 返回线程的名称
void setName(String name) 设置线程的名称
static Thread currentThread() 返回执行当前代码的线程. 在Thread子类中指this, 通常用于主线程和Runnable实现类
static void yield() 释放当前cpu的执行权
join() 在线程a中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态,直到线程b完全执行完以后,线程a才结束阻塞状态
static void sleep(long millitime) 让当前线程“睡眠”指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内,当前线程是阻塞状态
boolean isAlive() 判断当前线程是否存活
stop() 强制线程生命周期结束,不推荐使用

应用:

/**
 * 示例:创建两个分线程,其中一个线程遍历100以内的偶数,另一个线程遍历100以内的奇数
 *
 * @author zlg
 * @create 2019-10-25 1:56
 */
public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
//        MyThread1 m1 = new MyThread1();
//        MyThread3 m2 = new MyThread3();
//        m1.start();
//        m3.start();

          // 方式二:采用匿名内部类
        //创建Thread类的匿名子类的方式:遍历偶数
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 100; i++) {
                    if(i % 2 == 0){
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
                    }
                }
            }
        }.start();

        //创建Thread类的匿名子类的方式:遍历奇数
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 100; i++) {
                    if(i % 2 != 0){
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
                    }
                }
            }
        }.start();

    }
}

//方式一:采用两个类分别执行不同任务
// 遍历100以内偶数
class MyThread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

// 遍历100以内奇数
class MyThread3 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i % 2 != 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

四:线程的优先级及分类

调用策略: 时间片(单元时间内做任务切换) 或 抢占式(高优先级的线程抢占CPU)

调度方法: 同优先级线程组成先进先出队列(先到先服务),使用时间片策略; 对高优先级,使用抢占式策略

线程优先级:

  • MAX_PRIORITY: 10; MIN_PRIORITY: 1; NORM_PRIORITY: 5;(默认优先级)
  • getPriority(): 返回线程等级值; setPriority(int newPriority): 设置线程等级值
  • 说明: 线程创建时继承父线程的优先级; 低优先级只是获得调度的概率低,并不一定在高优先级线程之后才被调用

线程分类:

  • 分为守护线程 和 用户线程.
  • 守护线程是用来服务用户线程的,在start()方法前调用thread.setDaemon(true)可以把一个用户线程变为一个守护线程.
  • java垃圾回收就是一个守护线程.若JVM中都是守护线程,当前JVM将退出.

示例:

class HelloThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){

//                try {
//                    sleep(10);
//                } catch (InterruptedException e) {
//                    e.printStackTrace();
//                }

                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread().getPriority() + ":" + i);
            }

//            if(i % 20 == 0){
//                yield();
//            }
        }
    }

    public HelloThread(String name){
        super(name);
    }
}


public class ThreadMethodTest {
    public static void main(String[] args) {
        HelloThread h1 = new HelloThread("Thread:1");

//        h1.setName("线程一");
        //设置分线程的优先级
        h1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        h1.start();

        //给主线程命名
        Thread.currentThread().setName("主线程");
        Thread.currentThread().setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + Thread.currentThread().getPriority() + ":" + i);
            }

//            if(i == 20){
//                try {
//                    h1.join();
//                } catch (InterruptedException e) {
//                    e.printStackTrace();
//                }
//            }
        }

//        System.out.println(h1.isAlive());
    }
}

五:线程的生命周期

1.Thread.State类及生命周期

Java 线程在运行的生命周期中的指定时刻只可能处于下面 6 种不同状态的其中一个状态,Thread.State类定义了线程的几种状态:

public class Thread implements Runnable {

    public enum State {
          /**
         * 初始状态,线程被构建,但是还没有调用start()方法
         */
        NEW,

        /**
         * 运行状态,Java线程将操作系统中的就绪和运行两种状态笼统称作"运行中"
         * 就绪 -> 运行: Thread.start()方法后,将进入线程队列等待CPU时间片
         * 运行 -> 就绪: yield()方法
         */
        RUNNABLE,

        /**
         * 阻塞状态,表示线程阻塞于锁
         * 阻塞: 被人为挂起或执行输入输出操作时,让出CPU并临时终止自己的执行,进入阻塞状态
         * 等待进入synchronized方法,等待进入synchronized块
         * 获取到锁
         */
        BLOCKED,

        /**
         * 等待状态,表示线程进入等待状态,表示当前线程需要等待其它线程做出一些特点动作(通知或中断)
         * Object.wait(),Object.join(),LockSupport.park()
         * Object.notify(),Ojbect.notifyAll(),LockSupport.unpark(Thread)
         */
        WAITING,

        /**
         * 超时等待状态,该状态不同于 WAITING,它是可以在指定的时间自行返回
         * Thread.sleep(long),Object.wait(long),Thread.join(long),LockSupport.parkNanos(),LockSupport.parkUntil()
         * Object.notify(),Ojbect.notifyAll(),LockSupport.unpark(Thread)
         */
        TIMED_WAITING,

        /**
         * 终止状态,表示当前线程已经执行完毕(执行完run()方法)
         * 死亡: 线程完成全部工作或被提前强制性终止或出现异常导致结束
         */
        TERMINATED;
    }

}

在一个完整的生命周期中通常要经历五种状态:

  1. 新建: 当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时
  2. 就绪: start()方法后,将进入线程队列等待CPU时间片
  3. 运行: 当就绪的线程被调度并获得CPU资源时,便进入运行状态
  4. 阻塞: 被人为挂起或执行输入输出操作时,让出CPU并临时终止自己的执行,进入阻塞状态
  5. 死亡: 线程完成全部工作或被提前强制性终止或出现异常导致结束

在这里插入图片描述

图示中把等待(waiting),超时等待(timed_waiting)和阻塞(blocked)都放在了阻塞这一块,方便理解生命周期.

2.线程状态转换图

  • NEW –> READY –> RUNNING:

    线程创建之后它将处于 NEW(新建) 状态,调用 start() 方法后开始运行,线程这时候处于 READY(可运行) 状态。可运行状态的线程获得了 CPU 时间片(timeslice)后就处于 RUNNING(运行) 状态。Java线程将操作系统中的就绪和运行两种状态笼统称作RUNNABLE(运行中) .

  • RUNNING –> READY:

    当线程调用 yield() 方法或失去CPU执行权后,会进入可运行状态.

  • RUNNING –> WAITING –> READY:

    当线程执行 wait()方法之后,线程进入 WAITING(等待) 状态。进入等待状态的线程需要依靠其他线程的通知才能够返回到运行状态.

  • RUNNING –> TIME_WAITING –> READY:

    TIME_WAITING(超时等待) 状态相当于在等待状态的基础上增加了超时限制,比如通过 sleep(long millis)方法或 wait(long millis)方法可以将 Java 线程置于 TIMED_WAITING 状态。当超时时间到达后 Java 线程将会返回到 RUNNABLE 状态。

  • RUNNING –> BLOCKED –> READY:

    当线程调用同步方法时,在没有获取到锁的情况下,线程将会进入到 BLOCKED(阻塞) 状态。

  • RUNNING –> TERMINATED:

    线程在执行 Runnable 的run()方法之后将会进入到 TERMINATED(终止) 状态。

3.启动线程为什么不能直接调用run()方法

new 一个 Thread,线程进入了新建状态;调用 start() 方法,会启动一个线程并使线程进入了就绪状态,当分配到时间片后就可以开始运行了。 start() 会执行线程的相应准备工作,然后自动执行 run() 方法的内容,这是真正的多线程工作。 而直接执行 run() 方法,会把 run 方法当成一个 main 线程下的普通方法去执行,并不会在某个线程中执行它,所以这并不是多线程工作。

总结: 调用 start 方法方可启动线程并使线程进入就绪状态,而 run 方法只是 thread 的一个普通方法调用,还是在主线程里执行。

4.上下文切换

多线程编程中一般线程的个数都大于 CPU 核心的个数,而一个 CPU 核心在任意时刻只能被一个线程使用,为了让这些线程都能得到有效执行,CPU 采取的策略是为每个线程分配时间片并轮转的形式。当一个线程的时间片用完的时候就会重新处于就绪状态让给其他线程使用,这个过程就属于一次上下文切换。

概括来说就是:当前任务在执行完 CPU 时间片切换到另一个任务之前会先保存自己的状态,以便下次再切换回这个任务时,可以再加载这个任务的状态。任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换

线程上下文切换时机有: 当前线程的CPU时间片使用完处于就绪状态时, 当前线程被其他线程中断时.

六:线程的同步

多线程的安全问题

  • 问题原有: 当多条语句在操作同一个线程共享数据时,一个线程对多条语句只执行了一部分,另一个线程就参与进来执行,导致共享数据的错误.
  • 解决办法: 对多条操作共享数据的语句,只能让一个线程都执行完,在执行过程中,其他线程不可以参与执行.

线程同步的方式,解决了线程的安全问题。—好处

操作同步代码时,只能有一个线程参与,其他线程等待。相当于是一个单线程的过程,效率低。 —局限性

1.synchronized关键字

1.1 概述

synchronized关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性,synchronized关键字可以保证被它修饰的方法或者代码块在任意时刻只能有一个线程执行。

synchronized关键字最主要的三种使用方式:

  • 修饰实例方法: 作用于当前对象实例加锁,进入同步代码前要获得当前对象实例的锁
  • 修饰静态方法: 也就是给当前类加锁,会作用于类的所有对象实例,因为静态成员不属于任何一个实例对象,是类成员( static 表明这是该类的一个静态资源,不管new了多少个对象,只有一份)。所以如果一个线程A调用一个实例对象的非静态 synchronized 方法,而线程B需要调用这个实例对象所属类的静态 synchronized 方法,是允许的,不会发生互斥现象,因为访问静态 synchronized 方法占用的锁是当前类的锁,而访问非静态 synchronized 方法占用的锁是当前实例对象锁
  • 修饰代码块: 指定加锁对象,对给定对象加锁,进入同步代码库前要获得给定对象的锁。
  • 总结:
    • synchronized 关键字加到 static 静态方法和 synchronized(class)代码块上都是是给 Class 类上锁。
    • synchronized 关键字加到实例方法上是给对象实例上锁。
    • 尽量不要使用 synchronized(String a) 因为JVM中,字符串常量池具有缓存功能!

synchronized的锁是什么:

  • 任意对象都可以作为同步锁。所有对象都自动含有单一的锁(监视器)
  • 同步方法的锁:静态方法(类名.class)、非静态方法(this)
  • 同步代码块:自己指定,很多时候也是指定为this或类名.class
  • 注意:
    • 必须确保使用同一个资源的 多个线程共用一把锁,否则就无法保证共享资源的安全
    • 一个线程类中的所有静态方法共用同一把锁(类名.class),所有非静态方法共用同一把锁(this),同步代码块(指定需谨慎)

补充:

  • 在继承Thread类创建多线程的方式中,慎用this充当同步监视器,考虑使用当前类充当同步监视器。
    • 同步代码块: 类名.class , Class clazz = 类名.class , 类名.class只会加载一次
    • 同步方法: 需要加上static ,保证是同一个对象锁. 同步监视器:类名.class
  • 在实现Runnable接口创建多线程的方式中,我们可以考虑使用this充当同步监视器。
    • 同步代码块: this ,唯一的类的对象
    • 同步方法: 不需要加static, 同步监视器:this

1.2 同步代码块

synchronized(对象){
  // 需要被同步的代码;
}

说明:

  • 操作共享数据的代码,即为需要被同步的代码。 –>不能包含代码多了,也不能包含代码少了。
  • 共享数据:多个线程共同操作的变量。比如:ticket就是共享数据。
  • 同步监视器,俗称:锁。任何一个类的对象,都可以充当锁。要求:多个线程必须要共用同一把锁

应用: 采用继承类的方式

/**
 * 应用:创建三个窗口卖票,总票数为100张
 * 1.问题:卖票过程中,出现了重票、错票 -->出现了线程的安全问题
 * 2.问题出现的原因:当某个线程操作车票的过程中,尚未操作完成时,其他线程参与进来,也操作车票。
 * 3.如何解决:当一个线程a在操作ticket的时候,其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时,其他
 *            线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞,也不能被改变。
 */

//方式一:采用继承类的方式
class Window1 extends Thread{
    // 共享资源需要加上static
    private static int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            //调用同步代码块
            handleTicket1();
           //调用同步方法
            // handleTicket2();
        }
    }

    // 方式一
    private void handleTicket1() {
        // 同步代码块
        // 不能使用this,this代表w1,w2,w3
        synchronized (Window1.class) {//Class clazz = Window1.class,Window1.class只会加载一次
            if (ticket > 0){
                //采用继承方式可省略 Thread.currentThread(),继承了getName方法
                System.out.println(getName()+":"+ticket);
                ticket--;
            } else {
                  break;
            }
        }
    }

    // 方式二
    // 同步方法: 需要加上static,保证是同一个对象锁
    // 方法不加static时,同步监视器:w1,w2,w3
    private static synchronized void handleTicket2() {   // 同步监视器:Window1.class
        if (ticket > 0){
            try {
                //sleep()方法属于静态方法,与对象无关
                sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            // static方法内容不能使用this,super关键字
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+ticket);
            ticket--;
        } else {
              break;
        }
    }
}

public class ExtendsTest {
    public static void main(String[] args) {
        Window1 w1 = new Window1();
        Window1 w2 = new Window1();
        Window1 w3 = new Window1();

        w1.setName("窗口一");
        w2.setName("窗口二");
        w3.setName("窗口三");

        w1.start();
        w2.start();
        w3.start();
    }
}

1.3 同步方法

public synchronized void add (String id){
  ......
}

如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中,我们不妨将此方法声明同步的。

  1. 同步方法仍然涉及到同步监视器,只是不需要我们显式的声明。
  2. 非静态的同步方法,同步监视器是:this
  3. 静态的同步方法,同步监视器是:类名.class

应用: 采用实现接口的方式

/**
 * 应用:创建三个窗口卖票,总票数为100张
 * 1.问题:卖票过程中,出现了重票、错票 -->出现了线程的安全问题
 * 2.问题出现的原因:当某个线程操作车票的过程中,尚未操作完成时,其他线程参与进来,也操作车票。
 * 3.如何解决:当一个线程a在操作ticket的时候,其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时,其他
 *            线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞,也不能被改变。
 */

//方式二:采用实现接口的方式
class Window2 implements Runnable{
    // 不需要加static
    private int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            //同步方法
//            handleTicket();

            //同步代码块
            synchronized (this) {   //此时的this:唯一的Window2的对象
                if(ticket > 0){
                    try {
                        Thread.sleep(20);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    // getName()属于Thread的方法,Runnable接口中没有该方法
                    //采用实现方式不能省略 Thread.currentThread()
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+ticket);
                    ticket--;
                }else {
                    break;
                }
            }
        }
    }

    //同步方法: 不需要加static
    private synchronized void handleTicket() {  //同步监视器:this
        if(ticket > 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+ticket);
            ticket--;
        }
    }
}

public class ImplementTest {
    public static void main(String[] args) {
        Window2 w1 = new Window2();

        Thread t1 = new Thread(w1);
        Thread t2 = new Thread(w1);
        Thread t3 = new Thread(w1);

        t1.setName("窗口一");
        t2.setName("窗口二");
        t3.setName("窗口三");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

1.4 关于是否释放锁的操作

释放锁的操作:

  • 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束
  • 当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行
  • 当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception,导致异常结束
  • 当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait() 方法,当前线程暂停,并释放锁

不会释放锁的操作:

  • 线程执行同步代码块或同步方法时,程序调用Thread.sleep()Thread.yield() 方法暂停当前线程的执行
  • 线程执行同步代码块时,其他线程调用了该线程的suspend() 方法将该线程挂起,该线程不会释放锁(同步监视器), 尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程

1.5 单例设计模式之懒汉式

// 双重校验锁实现对象单例(线程安全)
class Singleton {
    private volatile static Singleton instance = null;

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
          //先判断对象是否已经实例过,没有实例化过才进入加锁代码
        if (instance == null) {
            //类对象加锁
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

public class SingletonTest {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton s1 = Singleton.getInstance();
        Singleton s2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(s1 == s2); // true
    }
}

instance采用 volatile 关键字修饰也是很有必要的, instance= new Singleton(); 这段代码其实是分为三步执行:

  1. 为 instance分配内存空间
  2. 初始化 instance
  3. 将 instance指向分配的内存地址

但是由于 JVM 具有指令重排的特性,执行顺序有可能变成 1->3->2。指令重排在单线程环境下不会出现问题,但是在多线程环境下会导致一个线程获得还没有初始化的实例。例如,线程 T1 执行了 1 和 3,此时 T2 调用 getInstance() 后发现 instance不为空,因此返回 instance,但此时 instance还未被初始化。

使用 volatile 可以禁止 JVM 的指令重排,保证在多线程环境下也能正常运行。

2.线程死锁

2.1 什么是线程死锁

不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃,都在等待对方放弃自己需要的同步资源,就形成了线程的死锁.
出现死锁后,不会出现异常,不会出现提示,只是所有的线程都处于阻塞状态,无法继续. 使用同步时, 要避免出现死锁.

如下图所示,线程 A 持有资源 2,线程 B 持有资源 1,他们同时都想申请对方的资源,所以这两个线程就会互相等待而进入死锁状态。

为什么会产生死锁呢?死锁的产生必须具备以下四个条件:

  • 互斥条件: 该资源同时只由一个线程占用
  • 请求并持有条件: 一个线程已经持有了至少一个资源,又提出新的资源请求而被阻塞的同时并不释放自己已经获取的资源
  • 不可剥夺条件: 线程获取到的资源在自己使用完之前不能被其它线程抢占,只有自己使用完毕后才由自己释放该资源
  • 环路等待条件: 在发送死锁时,必然存在一个线程一资源的环形链.即若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系

下面通过一个例子来说明线程死锁:

public class DeadLockTest {
    // 创建资源
    private static Object resourceA = new Object();
    private static Object resourceB = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        // 创建线程A
        Thread threadA = new Thread(() -> {
            synchronized (resourceA) {    //同步监视器:Object对象:resourceA
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get ResourceA");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get ResourceB");
                synchronized (resourceB) {    //同步监视器:Object对象:resourceB
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get ResourceB");
                }
            }
        });

        // 创建线程B
        Thread threadB = new Thread(() -> {
            synchronized (resourceB) {    //同步监视器:Object对象:resourceB
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get ResourceB");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get ResourceA");
                synchronized (resourceA) {    //同步监视器:Object对象:resourceA
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get ResourceA");
                }
            }
        });

      // 启动线程
      threadA.start();
      threadB.start();
    }
}

输出结果:

Thread[Thread-0,5,main]get ResourceA
Thread[Thread-1,5,main]get ResourceB
Thread[Thread-0,5,main]waiting get ResourceB
Thread[Thread-1,5,main]waiting get ResourceA

线程 A 通过 synchronized (resourceA) 获得 resourceA 的监视器锁,然后通过Thread.sleep(1000);让线程 A 休眠 1s 为的是让线程 B 得到执行然后获取到 resourceB 的监视器锁。线程 A 和线程 B 休眠结束了都开始企图请求获取对方的资源,然后这两个线程就会陷入互相等待的状态,这也就产生了死锁。

上面的例子是如何满足死锁的四个条件的:

  • 首先resourceA和resourceB都是互斥资源 – 互斥
  • 线程A获取到resourceA的锁资源,又等待获取resourceB的锁资源 – 请求并持有
  • 线程A获取到resourceA的锁资源后,该资源不会被线程掠夺走 – 不可剥夺
  • 线程A持有objectA资源并等待获取ObjectB资源,而线程B持有objectB资源并等待获取ObjectA资源 – 环路等待

2.2 如何避免线程死锁

要想避免死锁,只需要破环掉至少一个构造死锁的必要条件即可,目前只有请求并持有和环路等待条件是可以破环的.

  • 请求并持有: 一次性申请所有的资源
  • 环路等待: 使用资源申请的有序性原则来预防.按某一顺序申请资源,释放资源则反序释放

那么什么是资源申请的有序性呢?我们对上面线程B的代码进行如下修改:

// 创建线程B
Thread threadB = new Thread(() -> {
    synchronized (resourceA) {    //同步监视器:Object对象:resourceA
        System.out.println(Thread.currentThread() + "get ResourceA");
        try {
              Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
              e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get ResourceB");
        synchronized (resourceB) {    //同步监视器:Object对象:resourceB
              System.out.println(Thread.currentThread() + "get ResourceB");
        }
    }
});

输出结果为:

Thread[Thread-0,5,main]get ResourceA
Thread[Thread-0,5,main]waiting get ResourceB
Thread[Thread-0,5,main]get ResourceB
Thread[Thread-1,5,main]get ResourceA
Thread[Thread-1,5,main]waiting get ResourceB
Thread[Thread-1,5,main]get ResourceB

线程 A 首先获得到 resourceA 的监视器锁,这时候线程 B 就会被阻塞而不会再去获取资源B。然后线程 A 就可以获取到 resourceB 的监视器锁。使用后放弃对resourceB的持有,然后再释放对resourceA的持有,线程 B 从阻塞状态变为可运行状态。所以资源的有序性破环了资源的请求并持有和环路等待条件,因此避免了死锁。

3.Lock接口

3.1 概述

从JDK 5.0开始,Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当。java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问,每次只能有一个线程对Lock对象加锁,线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象。

ReentrantLock 类实现了 Lock接口 ,它拥有与 synchronized 相同的并发性和内存语义,在实现线程安全的控制中,比较常用的是ReentrantLock,可以显式加锁、释放锁。解决线程安全问题中优先使用顺序:Lock > 同步代码块(已经进入了方法体,分配了相应资源)> 同步方法(在方法体之外)

synchronized 与 Lock的异同?

  • 相同:二者都可以解决线程安全问题
  • 不同:
    • Lock是显式锁(需要手动的启动同步lock() ,同时结束同步也需要手动的实现unlock() );synchronized是隐式锁(执行完相应的同步代码后自动的释放同步监视器)
    • Lock只有代码块锁,synchronized有代码块锁和方法锁
    • 使用Lock锁,JVM将花费较少的时间来调度线程,性能更好。并且具有更好的扩展性(提供更多的子类)

示例:

class Window implements Runnable{
    private int ticket = 100;
    //1.实例化ReentrantLock
    private ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            //2.调用锁定方法lock(),每次只能有一个线程对Lock对象加锁
            reentrantLock.lock();    //同步监视器: lock对象
            try{
                //保证线程安全的代码
                if(ticket > 0){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + ticket);
                    ticket--;
                }else{
                    break;
                }
            }finally {
                //3.调用解锁方法:unlock(),对Lock对象解锁
                reentrantLock.unlock();
            }
        }
    }
}

public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Window w = new Window();

        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

3.2 synchronized和ReentrantLock 的区别

① 两者都是可重入锁

“可重入锁”概念是:自己可以再次获取自己的内部锁。比如一个线程获得了某个对象的锁,此时这个对象锁还没有释放,当其再次想要获取这个对象的锁的时候还是可以获取的,如果不可锁重入的话,就会造成死锁。同一个线程每次获取锁,锁的计数器都自增1,所以要等到锁的计数器下降为0时才能释放锁

② synchronized 依赖于 JVM 而 ReentrantLock 依赖于 API

synchronized 是依赖于 JVM 实现的,前面我们也讲到了 虚拟机团队在 JDK1.6 为 synchronized 关键字进行了很多优化,但是这些优化都是在虚拟机层面实现的,并没有直接暴露给我们。ReentrantLock 是 JDK 层面实现的(也就是 API 层面,需要 lock() 和 unlock() 方法配合 try/finally 语句块来完成),所以我们可以通过查看它的源代码,来看它是如何实现的。

③ ReentrantLock 比 synchronized 增加了一些高级功能

相比synchronized,ReentrantLock增加了一些高级功能。主要来说主要有三点:①等待可中断;②可实现公平锁;③可实现选择性通知(锁可以绑定多个条件)

  • ReentrantLock提供了一种能够中断等待锁的线程的机制,通过lock.lockInterruptibly()来实现这个机制。也就是说正在等待的线程可以选择放弃等待,改为处理其他事情。
  • ReentrantLock可以指定是公平锁还是非公平锁。而synchronized只能是非公平锁。所谓的公平锁就是先等待的线程先获得锁。 ReentrantLock默认情况是非公平的,可以通过 ReentrantLock类的ReentrantLock(boolean fair)构造方法来制定是否是公平的。
  • synchronized关键字与wait()和notify()/notifyAll()方法相结合可以实现等待/通知机制,ReentrantLock类当然也可以实现,但是需要借助于Condition接口与newCondition() 方法。Condition是JDK1.5之后才有的,它具有很好的灵活性,比如可以实现多路通知功能也就是在一个Lock对象中可以创建多个Condition实例(即对象监视器),线程对象可以注册在指定的Condition中,从而可以有选择性的进行线程通知,在调度线程上更加灵活。 在使用notify()/notifyAll()方法进行通知时,被通知的线程是由 JVM 选择的,用ReentrantLock类结合Condition实例可以实现“选择性通知” ,这个功能非常重要,而且是Condition接口默认提供的。而synchronized关键字就相当于整个Lock对象中只有一个Condition实例,所有的线程都注册在它一个身上。如果执行notifyAll()方法的话就会通知所有处于等待状态的线程这样会造成很大的效率问题,而Condition实例的signalAll()方法 只会唤醒注册在该Condition实例中的所有等待线程。

如果你想使用上述功能,那么选择ReentrantLock是一个不错的选择。

④ 性能已不是选择标准

4.volatile关键字

4.1 Java内存模型

在 JDK1.2 之前,Java的内存模型实现总是从主存(即共享内存)读取变量,是不需要进行特别的注意的。而在当前的 Java 内存模型下,线程可以把变量保存本地内存(比如机器的寄存器)中,而不是直接在主存中进行读写。这就可能造成一个线程在主存中修改了一个变量的值,而另外一个线程还继续使用它在寄存器中的变量值的拷贝,造成数据的不一致

要解决这个问题,就需要把变量声明为volatile,这就指示 JVM,这个变量是不稳定的,每次使用它都到主存中进行读取。

说白了, volatile 关键字的主要作用就是保证变量的可见性然后还有一个作用是防止指令重排序。

4.2 synchronized和volatile 的区别

  • volatile关键字是线程同步的轻量级实现,所以volatile性能肯定比synchronized关键字要好。但是volatile关键字只能用于变量而synchronized关键字可以修饰方法以及代码块。synchronized关键字在JavaSE1.6之后进行了主要包括为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗而引入的偏向锁和轻量级锁以及其它各种优化之后执行效率有了显著提升,实际开发中使用 synchronized 关键字的场景还是更多一些
  • 多线程访问volatile关键字不会发生阻塞,而synchronized关键字可能会发生阻塞
  • volatile关键字能保证数据的可见性,但不能保证数据的原子性。synchronized关键字两者都能保证。
  • volatile关键字主要用于解决变量在多个线程之间的可见性,而 synchronized关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性。

七:线程的通信

1.wait(),notify(),notifyAll()

  • wait(): 当前线程就进入阻塞状态,并释放同步监视器
  • notify(): 唤醒被wait的一个线程。如果有多个线程被wait,就唤醒优先级高的那个
  • notifyAll(): 唤醒所有被wait的线程

注意:

  • 三个方法是定义在java.lang.Object类中
  • 三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中
  • 三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。否则,会出现IllegalMonitorStateException异常

示例:

// 使用两个线程打印 1-100。线程1, 线程2 交替打印
class Number implements Runnable{
    private int number = 1;
    private Object obj = new Object();
    @Override
    public void run() {
        while(true){

            synchronized (obj) {
                obj.notify();

                if(number <= 100){
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + number);
                    number++;

                    try {
                        //使得调用如下wait()方法的线程进入阻塞状态
                        obj.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                }else{
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

public class CommunicationTest {
    public static void main(String[] args) {
        Number number = new Number();
        Thread t1 = new Thread(number);
        Thread t2 = new Thread(number);

        t1.setName("线程1");
        t2.setName("线程2");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

2.sleep() 和 wait()的异同点

相同点:一旦执行方法,都可以使得当前的线程进入阻塞状态。

不同点:

  • 两个方法声明的位置不同:Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait()
  • 调用的要求不同:sleep()可以在任何需要的场景下调用。 wait()必须使用在同步代码块或同步方法中
  • 关于是否释放同步监视器:如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中,sleep()不会释放锁,wait()会释放锁
  • Wait 通常被用于线程间交互/通信,sleep 通常被用于暂停执行
  • wait() 方法被调用后,线程不会自动苏醒,需要别的线程调用同一个对象上的 notify() 或者 notifyAll() 方法。sleep() 方法执行完成后,线程会自动苏醒。使用 wait(long timeout)超时后线程也会自动苏醒

参考链接


文章作者: ligong zhang
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