java多线程编程核心技术

一、java多线程基础

1.1 进程和线程

　　进程是一次程序的执行，线程是进程中一个个独立运行的子任务。一个进程包含多个线程。

1.2 线程的实现方式

　 （1）继承Thread类

　 （2）实现Runnable接口

1.3 成员变量和局部变量

　　成员变量，存在于堆中，多线程共享，存在安全问题。局部变量，存在于工作空间也可理解为栈中，栈是私有的，每个线程执行时将会把局部变量放在各自栈帧的工作内存中，线程间不共享，故不存在线程安全问题。

1.4 常见方法

　　isAlive() : 判断当前线程是否处于活动状态

　　sleep(long ms) : 使线程处于休眠状态（暂停执行），线程不会释放对象锁

　　（对于sleep()方法，我们首先要知道该方法是属于Thread类中的。而wait()方法，则是属于Object类中的，wait会释放锁）

1.5 停止正在运行的线程

　　1）、 使用退出标志，使线程运行完run方法，正常结束

　　2）、 使用stop方法强制终止线程（不推荐，已标记为废弃的方法，可能会产生不可预料的结果）

　　3）、使用interrupt方法终止线程

　　Interrupt()，线程不会马上停止，只是给线程打了一个停止的标记，并不是真的停止线程。

       Interrupted()：测试线程是否已经中断，具有清除功能，第二次调用返回false

　　isInterrupted()：测试线程是否已经中断

　　Interrupted+return也可中断线程（建议使用异常的方式）

　　另参考----尊重别人的劳动成果：http://www.cnblogs.com/w-wfy/p/6415005.html

1.6 暂停线程

　　1）、Suspend与resume

　　Suspend暂停线程与resume方法恢复线程

　　注：因为暂停时未释放锁，容易造成公共的同步对象的独占，使其他线程无法访问公共同步对象，也容易因暂停而导致数据不同步

　　2）、yield

　　它的作用是放弃cpu资源，让其他任务去占用cpu资源。但放弃的时间是不确定的，有可能刚刚放弃，又马上又获得了cpu资源

1.7 线程优先级

　　1）setpriority();优先级较高线程获得cpu资源较多，也就是cpu优先执行优先级较高的线程中的任务（规则性），但优先级较高的线程不一定每次都先执行完（随机性）

　　2）线程优先级具有继承性，比如A线程中调用B线程，则AB的优先级是一样的

二、对象与变量的并发访问

2.1、synchronized

   1）、锁对象

　　1. synchronized加在方法上，锁为对象实例，同一个实例就是同一把锁。不同对象，不同的锁，Synchronized（this），this就代表对象实例。注意，Synchronized（Class）是以字节码作为锁，一个类只存在一份class字节码，另外，synchronized加载static修饰的方法上，锁也是字节码class，分析同步问题时，重点分析锁对象是什么。线程加锁时，将清空工作内存中共享变量的值，从而使用共享变量时需要从主内存中重新获取最新的值，可以看到synchronized能够实现可见性。同时，由于synchronized具有同步锁，所以它也具有原子性

　　2. 锁也可为任意对象，比如定义一个成员变量string，因为成员变量，同一个对象共享，所以Synchronized（string）可以作为同步锁

　　3. synchronized锁重入，当线程获取到锁后，再次请求此对象的锁可以再次获得，即同步方法中（加了Synchronized修饰的方法），可以调用其他的同步方法

　　4. 出现异常，锁自动释放

　　5. 同步块，可以只同步主要的代码块，可以提高效率

　　6. 一半同步，一半异步，即一个线程获取到锁后访问同步方法时，其他线程因无法获取锁，但可以访问其他不是同步的方法（未加Synchronized的方法）

　　7. 内部类，或静态内部类，可以理解为成员变量即可。

2.1、volatile

　　1. 关键字volatile的作用是，强制从公共堆中获取变量，而不是私有栈中，可实现变量在多线程间可见

　　　　线程中的三个概念，原子性问题，可见性问题，有序性问题，volatile保证了可见性，但是非原子性，有一定的顺序性

　　当且仅当满足以下所有条件时，才应该使用 volatile 变量：

• 对变量的写入操作不依赖变量的当前值，或者你能确保只有单个线程更新变量的值。
• 该变量没有包含在具有其他变量的不变式中。

　　2. 关键子synchronized和volatile进行一下比较:

　　　　1)关键字volatile是线程同步的轻量级实现,所以volatile性能背定比synchronized要好,并且volatile只能修饰于变量, isynchronizedi以修饰方法,以及代码块。随着JDK新版本的发布, 　　synchronized关键7在执行效率上得到很大提升,在开发中使用synchronized关键子的比率还是比较大的。

　　　　2)多线程访问volatile不会发生阻塞, synchronized会出现阻塞。

　　　　3) volatile能保证数据的可见性,但不能保原子性; synchronizedi以保原子性.也可以同接保证可见性,因为它会将松有内存和公共内存中的数据做同步。

　　　　4)重申一下，关键子volatile解决的是变量在多个线程之间的可见性;synchronized解决是多线程访问资源的同步性

　　　　参考：内存模型是理解volatile的关键

      　　  https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920373.html#!comments

　　3. 例子

package TestItems.test.core;

public class PrintString implements Runnable{
    
    /*volatile*/ private Boolean isContinue=true;
    
    public Boolean getIsContinue() {
        return isContinue;
    }

    public void setIsContinue(Boolean isContinue) {
        this.isContinue = isContinue;
    }
    
    public void printMethod() {
        try {
            while(isContinue) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                Thread.sleep(1000);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void run() {
        printMethod();
    }

}

package TestItems.test.core;

public class VolatileTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        PrintString p=new PrintString();
        new Thread(p).start();
        //p.printMethod();
        Thread.sleep(3000);
        p.setIsContinue(false);
    }
}

　　在win7的jdk64位环境中，运行正常，但是在JVM设置为Server服务器中会出现死循环（一直没有测试成功），解决方法是加volatle关键字

三、线程间的通信

3.1 等待/通知机制

　　1）、Wait()和notify()都是Object中的方法。wait使线程停止运行，会释放掉锁，notify()使停止的线程继续运行，等notify所在的同步块执行完，才会释放掉锁。但两个方法的使用前提是，都必须先获得对象级别的锁，否则会抛出IllegalMonitorStateException异常，它是RuntimeException的子类。当线程呈wait状态时，调用interrupt()时会出现InterruptedException遗传。

　　2）、等待通机制的实现

package TestItems.test.core;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class MyThreadWait extends Thread {
    private Object lock;

    public MyThreadWait(Object lock) {
        super();
        this.lock = lock;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            synchronized (lock) {
                SimpleDateFormat smft = new SimpleDateFormat("YYYY年MM月dd日  HH:mm:ss");
                System.out.println("等待开始：" + smft.format(new Date()));
                lock.wait();
                System.out.println("等待结束：" + smft.format(new Date()));

            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

package TestItems.test.core;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class MyThreadNotify extends Thread {
    private Object lock;

    public MyThreadNotify(Object lock) {
        super();
        this.lock = lock;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            synchronized(lock) {
                SimpleDateFormat smft = new SimpleDateFormat("YYYY年MM月dd日  HH:mm:ss");
                System.out.println("唤醒开始：" + smft.format(new Date()));
                lock.notify();
                System.out.println("唤醒结束：" + smft.format(new Date()));
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

package TestItems.test.core;

public class OneToOneWaitNotify {
    public static void main(String[] args) {
        Object lock = new Object();
        try {
            MyThreadWait wait = new MyThreadWait(lock);
            MyThreadNotify notify = new MyThreadNotify(lock);
            wait.start();
            Thread.sleep(3000);
            notify.start();
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
/*            等待开始：2018年08月02日  14:49:41
            唤醒开始：2018年08月02日  14:49:44
            唤醒结束：2018年08月02日  14:49:44
            等待结束：2018年08月02日  14:49:44*/
        }

    }
}

　　3）、生产消费者模式：多生产和多消费时，容易出现“假死”现象，即notify唤醒的可能是同类比如生产者唤醒的不是消费者而是生产者，导致所有线程都处于等待状态。解决方式使用notifall唤醒所有线程。

　　4）、通过管道进行线程间通信

    JDK中提供了退格类来是线程间可以通信

    PipedInputStream和PipedOutputStream

    PipedReader和PipedWriter

　　5）、实战：等待通知交叉备份

package TestItems.test.core;

public class CommonResoure {
    /* volatile */ private int comm = 10;
     volatile  public boolean flag = true;

    public void add() {
        try {
            synchronized (CommonResoure.class) {
                //如果是if，经过单次判断后不会再进行判断,但是在线程唤醒后需要再次判断的
                while (!flag) {
                    CommonResoure.class.wait();
                }
                comm++;
                System.out.println("comm++:" + comm);
                flag = false;
                CommonResoure.class.notifyAll();
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void decrease() {
        try {
            synchronized (CommonResoure.class) {
                while (flag) {
                    CommonResoure.class.wait();
                }
                comm--;
                System.out.println("comm--:" + comm);
                flag = true;
                CommonResoure.class.notifyAll();
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public int getComm() {
        return comm;
    }

    public void setComm(int comm) {
        this.comm = comm;
    }

}

package TestItems.test.core;

public class Comsume implements Runnable{
    
    private CommonResoure res;
    
    public Comsume(CommonResoure res) {
        this.res=res;
    }
    
    public void run() {
            res.decrease();
    }
}

package TestItems.test.core;

public class Produce implements Runnable{
    
    private CommonResoure res;
    
    public Produce(CommonResoure res) {
        this.res=res;
    }
    
    public void run() {
            res.add();
    }
}

package TestItems.test.core;

public class ProduceComsumeTest {
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CommonResoure comm=new CommonResoure();
        Produce p=new Produce(comm);
        Comsume c=new Comsume(comm);
        
        for(int i=0;i<50;i++) {
            new Thread(p,"name"+i).start();
            new Thread(c,"name"+i).start();
        }
        
        Thread.sleep(2000);
        
    }
    

}

3.2 join()

         在主线程中启用子线线程，有时子线程中需要进行长时间的运算，而通常主线程在子线程运行完之前就就是，但有时需要等到子线程中的结果，那么可以使用join方法，它的作用就是等待线程对象销毁。Join与interrupt相遇也会出现InterruptedException异常。Join内部是使用wait来实现的，所有具有释放锁的特点

3.3 ThreadLocal

          变量共享一般使用public static的形式，如果想实现每个线程都有自己的共享变量，就可以使用ThreadLocal。它主要就是来解决每个线程绑定自己的值。

 　　   1）、 示例（后续在写）

　　    2）、解决get获取为null的问题（示例后续写）

   　　 继承threadLocal重写initialValue方法，返回默认值

　　    3）、InheritableThreadLocal可以在子线程中取到从父线程中继承的值（示例后续在写）

四、Lock的使用

         ReentrantLock

        ReentrantReadWriteLock

4.1 ReentrantLock

         1)、ReentrantLock跟synchronizd一样可以实现线程间的同步互斥，但是更加强大。

　　Lock lockins=new ReentrantLock();
   // 获取对象锁　　
   lockins.lock()；
   // 释放锁　　 
   lockins.unlock();

　　2）、关键字synchronized与wait()和notify(/notifyAll()方法相结合可以实现等待/通知模式,类ReentrantLock也可以实现同样的功能,但需要借助于Condition（condition.await()与condition.singal）对象。Condition类是在JDK5中出现的技术,使用它有更好的灵活性,比如可以实现多路通知功能,也就是在一个Lock对象里面可以创建多个Condition (即对象监视器)实例,线程对象可以注册在批定的Condition中,从而可以有选择性地进行线程通知,在调度线程上更加灵活。
在使用notify()/notifyAllQ)方法进行通知时,被通知的线程却是由JVM随机选择的。但使用ReentrantLock结合Condition类是可以实现前面介绍过的“选择性通知",这个功能是非常重要的,而且在Condition类中是默认提供的。
synchronized就相当于整个Lock对象中只有一个单一的Condition对象,所有的线程都注册在它一个对象的身上。线程开始notifyAll()时,需要通知所有的WAITING线程,没有选择权，会出现非常大的效率问题。

    注意，condition.await()方法在调用前需使用lock.lock();获取对象锁，否则会抛IllegalMonitorStateException异常

    正确使用condition实现等待/通知 示例

package test.lock;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class CommonResoure {
    private int comm = 10;
    volatile  public boolean flag = true;

    Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition conditionA = lock.newCondition();
    Condition conditionB = lock.newCondition();

    public void add() {
        try {
            lock.lock();
            while (!flag) {
                // 类似于synchronized中锁的wait方法，会释放锁
                conditionA.await();
            }
            comm++;
            System.out.println("comm++:" + comm);
            flag = false;
            // 在A中唤醒B，因为使用了不同的condition，所有直接使用对应的condition即可
            // 如使用同一个condition，而又不用signalAll，有可能导致唤醒的是同类，最终到导致都进入了wait状态
            conditionB.signal();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void decrease() {
        try {
            lock.lock();
            while (flag) {
                conditionB.await();
            }
            comm--;
            System.out.println("comm--:" + comm);
            flag = true;
            conditionA.signal();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    
    public void singalall_A() {
        try {
            lock.lock();
            conditionA.signalAll();
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    
    public void singalall_B() {
        try {
            lock.lock();
            conditionB.signalAll();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public int getComm() {
        return comm;
    }

    public void setComm(int comm) {
        this.comm = comm;
    }

}

package test.lock;

public class Produce implements Runnable{
    
    private CommonResoure res;
    
    public Produce(CommonResoure res) {
        this.res=res;
    }
    
    public void run() {
            res.add();
    }

    public CommonResoure getRes() {
        return res;
    }

    public void setRes(CommonResoure res) {
        this.res = res;
    }
    
    
}

package test.lock;

public class Comsume implements Runnable{
    
    private CommonResoure res;
    
    public Comsume(CommonResoure res) {
        this.res=res;
    }
    
    public void run() {
            res.decrease();
    }
}

package test.lock;
/**
 * 生成消费模式，交替出现
 * @author sjt
 *
 */
public class ProduceComsumeTest {
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CommonResoure comm=new CommonResoure();
        Produce p=new Produce(comm);
        Comsume c=new Comsume(comm);
        for(int i=0;i<50;i++) {
            new Thread(p,"name"+i).start();
            new Thread(c,"name"+i).start();
        }
        Thread.sleep(3000);
        //p.getRes().singalall_A();
        
        Thread[] t=new Thread[Thread.currentThread().getThreadGroup().activeCount()];
        Thread.currentThread().getThreadGroup().enumerate(t,true);
        for(Thread temp:t){
            if(temp!=null) {
                System.out.println(temp.getName());
            }
        }
    }
    

}

4.2 ReentrantReadWriteLock

          读写锁，涉及到的写的都是互斥的，读读是可以共存的

       示例：

　　用法跟ReentrantLock一样

　　ReentrantReadWriteLock lock=new ReentrantReadWriteLock();

五、线程状态和线程组

     5.1 线程状态

         

            参考：https://blog.csdn.net/pange1991/article/details/53860651

     5.2 线程异常处理

package test.lock;

public class ThreadExceptinSolveRunnable implements Runnable{
    
    String userName=null;
    
    public void run() {
        System.out.println(userName.hashCode());
    }
    
}

package test.lock;

import java.lang.Thread.UncaughtExceptionHandler;

public class ThreadExceptTest {
    public static void main(String[] args) {
    
    ThreadExceptinSolveRunnable solve=new ThreadExceptinSolveRunnable();
    Thread t=new Thread(solve);
    t.setUncaughtExceptionHandler(new UncaughtExceptionHandler() {
        public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("线程出现异常:"+t.getName());
        }
    });
    t.start();
    
    //也可以设置所有线程的默认的处理器，但是需要继承Thread的方式去实现线程
    //t.setDefaultUncaughtExceptionHandler(UncaughtExceptionHandler);
    }
}