Java多线程

多进程和多线程简介

• 多进程概念

  当前的操作系统都是多任务OS

  每个独立执行的任务就是一个进程

• 多进程的优点

  1. 可以同时运行多个任务
  2. 程序因IO堵塞时，可以释放CPU，让CPU为其他程序服务
  3. 当系统有多个CPU时，可以为多个程序同时服务

• 多进程的缺点

  1. 太笨重，不好管理
  2. 太笨重，不好切换

• 多线程概念

  一个程序可以包括多个子任务，可串/并行

  每个子任务可以称为一个线程

  如果一个子任务阻塞，程序可以将CPU调度另外一个子任务进行工作。这样CPU还是保留着本程序中，而不是被调度到别的程序（进程）中，提高本程序所获得CPU时间和利用率。

• 多进程和多线程对比

  1. 线程共享数据
  2. 线程通讯更高效
  3. 线程更轻量级，更容易切换
  4. 多个线程更容易管理

Java多线程创建

• java.lang.Thread

  • 线程继承Thread类，实现run方法

    public class Thread1 extends Thread {
    	public void run()
    	{
    		System.out.println("hello");
    	}
    }
    

• java.lang,.Runnable接口

  • 线程实现Runnable接口，实现run方法

    public class Thread2 implements Runnable {
    	public void run()
    	{
    		System.out.println("hello");
    	}
    }
    
    /* 启动方法 */
    new Thread(new Thread2()).start();
    

  • Java的四个主要接口：

    Clonable，用于对象克隆
    
    Comparable，用于对象比较
    
    Serializable，用于对象序列化
    
    Runnable，用于对象线程化
    

• 启动

  • start方法，会自动以新进程调用run方法
  • 直接调用run方法，将变成串行执行
  • 同一个线程，多次start会报错，只执行第一次start方法
  • 多个线程启动，其启动的先后顺序是随机的
  • 线程无需关闭，只要其run方法执行结束后，自动关闭
  • main函数（线程）可能早于新线程结束，整个程序并不终止
  • 整个程序终止是等所有的线程都终止（包括main函数线程）

• Thread vs Runnable

  • Thread占据了父类的名额，不如Runnable方便

  • Thread类实现Runnable

  • Runnable启动时需要Thread类的支持

  • Runnable更容易实现多线程中资源共享（Thread里必须用static变量，才能实现变量共享，Runnable通过普通变量便可达到）

    一个线程只能启动一次，通过Thread实现线程时，线程和线程所要执行的任务是捆绑在一起的。也就使得一个任务只能启动一个线程，不同的线程执行的任务是不相同的，所以没有必要，也不能让两个线程共享彼此任务中的资源。

    一个任务可以启动多个线程，通过Runnable方式实现的线程，实际是开辟一个线程，将任务传递进去，由此线程执行。可以实例化多个 Thread对象，将同一任务传递进去，也就是一个任务可以启动多个线程来执行它。这些线程执行的是同一个任务，所以他们的资源是共享。

  • 结论：建议实现Runnable接口来完成多线程

Java多线程信息共享

• 线程类

  • 通过继承Thread类或实现Runnable
  • 通过start方法，调用run方法，run方法工作
  • 线程run结束后，线程退出

• 粗粒度：子线程与子线程之间、和main线程之间缺乏交流

• 细粒度：线程之间有信息交流通讯

  • 通过共享变量达到信息共享
  • JDK原生库暂不支持发送消息（类似MPI并行库(C++)直接发送消息）

• 通过共享变量在多个线程中共享消息

  • static变量
  • 同一个Runnable类的成员变量

• 多线程信息共享问题

  • 工作缓存副本
  • 关键步骤缺乏加锁限制

• i++，并非原子性操作

  • 读取主存i(正本)到工作缓存(副本)中
  • 每个CPU执行(副本)i+1操作
  • CPU将结果写入到缓存(副本)中
  • 数据从工作缓存(副本)刷到主存(正本)中

• 变量副本问题的解决方法

  • 采用volatile关键字修饰变量

    用volatile修饰的变量可以及时在各线程里面通知

  • 保证不同线程对共享变量操作时的可见性

• 关键步骤加锁限制

  • 互斥：某一个线程运行一个代码段（关键区），其他线程不能同时运行这个代码段
  • 同步：多个线程的运行，必须按照某一种规定的先后顺序来运行
  • 互斥是同步的一种特例

• 互斥的关键字是synchronized

  • synchronized代码块/函数，只能一个线程进入
  • synchronized加大性能负担，但是使用简便

Java多线程管理

• 线程状态

  • NEW刚创建
  • RUNNABLE就绪态(start)
  • RUNNING运行中(run)
  • BLOCK阻塞(sleep)
  • TERMINATED结束

• Thread的部分API已经废弃

  • 暂停和恢复suspend/resume
  • 消亡stop/destroy

• 线程阻塞/和唤醒

  • sleep，时间一到，自己会醒来
  • wait/notify/notifyAll，等待，需要别人来唤醒
  • join，等待另一个线程结束
  • interrupt，向另外一个线程发送中断信号，该线程收到信号，会出发InterruptedException(可解除阻塞)，并进行下一步处理

• 线程被动地暂停和终止

  • 依靠别的线程来拯救自己
  • 没有及时释放资源

• 线程主动暂停和终止

  • 定期监测共享变量
  • 如果需要暂停或终止，先释放资源，再主动动作
  • 暂停：Thread.sleep()，休眠
  • 终止：run方法结束，线程终止

• 多线程死锁

  • 每个线程互相持有别人需要的锁
  • 预防死锁，对资源进行等级排序

• 守护（后台）线程

  • 普通线程的结束，是run方法运行结束
  • 守护线程的结束，是run方法运行结束，或main函数结束
  • 守护线程永远不要访问资源，如文件或数据库

• 线程查看工具：jvisualvm