Java中多线程原理详解

  Java是少数的集中支持多线程的语言之一，大多数的语言智能运行单独的一个程序块，无法同时运行不同的多个程序块，Java的多线程机制弥补了这个缺憾，它可以让不同的程序块一起运行，这样可以让程序运行更加顺畅，同时也达到了多任务处理的目的。

　　一、线程和进程的概念

　　现在的操作系统是多任务操作系统。多线程是实现多任务的一种方式。

　　进程是程序的一个动态执行过程，是指一个内存中运行的应用程序，每个进程都有自己独立的一块内存空间，一个进程中可以启动多个线程。比如在 Windows系统中，一个运行的exe就是一个进程。线程是指进程中的一个执行流程，一个进程中可以运行多个线程。比如java.exe进程中可以运行很多线程。线程总是属于某个进程，进程中的多个线程共享进程的内存。“同时”执行是人的感觉，在线程之间实际上轮换执行。

　　二、Java中线程的实现

　　在Java中想实现多线程有两种手段，一种是集成Thread类，另一种就是实现Runnable接口。下面看继承自Thread类线程的创建原理。

　　首先定义一个线程类，该类必须继承自Thread类，同时必须明确的覆写run()方法，如： 

  1. class MyThread extends Thread{
  3. 　　public void run(){ //覆写Thread类中的run方法此方法是线程中
  4. 　　线程主体; 
  5. 　　}
  6. ｝

然后定义一个主类，实例化线程类的对象，发动启动线程的命令，如： 

  1. public class ThreadText{
  3. 　　public stataic void main(String args[]){
  5. 　　MyThread m1=new MyThread();//实例化对象
  7. 　　m1.start();//启动多线程
  9. 　　}
  10. }


实现Runnable接口，首先定义一个线程类继承自Runnable接口，如： 

  1. class MyThread implements Runnable{
  3. 　　public void run(){ //覆写Runnable接口中的run方法
  5. 　　线程主体;
  7. 　　}
  8. ｝

然后定义一个主类，实例化线程类的对象，发动启动线程的命令，如： 

  1. public class ThreadText{
  3. 　　public stataic void main(String args[]){
  5. 　　MyThread m1=new MyThread();//实例化Runnable子类对象
  7. 　　Thread t1=new Thread(m1);//实例化Thread类对象
  9. 　　t1.start();//启动多线程
  11. 　　}
  12. }


      三、线程的几种状态

　　在Java当中，线程通常都有五种状态，创建、就绪、运行、阻塞和死亡。

　　第一是创建状态。在生成线程对象，并没有调用该对象的start方法，这是线程处于创建状态。

　　第二是就绪状态。当调用了线程对象的start方法之后，该线程就进入了就绪状态，但是此时线程调度程序还没有把该线程设置为当前线程，此时处于就绪状态。在线程运行之后，从等待或者睡眠中回来之后，也会处于就绪状态。

　　第三是运行状态。线程调度程序将处于就绪状态的线程设置为当前线程，此时线程就进入了运行状态，开始运行run函数当中的代码。

　　第四是阻塞状态。线程正在运行的时候，被暂停，通常是为了等待某个时间的发生(比如说某项资源就绪)之后再继续运行。sleep,suspend，wait等方法都可以导致线程阻塞。

　　第五是死亡状态。如果一个线程的run方法执行结束或者调用stop方法后，该线程就会死亡。对于已经死亡的线程，无法再使用start方法令其进入就绪。

多线程安全问题的解决方案：

首先我们得明白两个概念：同步 和 互斥；

同步——这是线程 or  进程之间的 合作关系。对多个线程在执行次序上进行协调，以使并发的各个线程能更好的利共享资源，相互合作。多个线程之间，一个线程需要等待另一个线程执行完毕后才能继续执行。 如：下文中，当一个线程拿到锁没有释放之前另一个线程不能执行，只能是等待上个线程 释放了锁之后才能执行。

互斥——这是线程 or  进程之间的 竞争关系。在生产者消费者的例子中，当有生产者在写的时候，消费者就不能读，他们在竞争 缓冲区。

只要 保证一个线程在执行多条操作共享数据的语句时，其他线程不能参与运算即可。

当该线程都执行完后，其他线程才可以执行这些语句。

Java为我们提供了具体的解决方案——同步代码块。

synchronized（对象）{ // 对象可以是 任意的对象

//需要被同步的代码；

}

在上个例子中加入synchronized 后，代码如下：

[java] view plain copy
 
 print?
  1. package chapter1502;  
  2.   
  3. public class Ticket1 implements Runnable{  
  4.     private int tickets = 100;  
  5.       
  6.     private Object obj = new Object();  
  7.     //线程任务  
  8.     public void run(){  
  9.         while(true){  
  10.             synchronized(obj){ //加锁  
  11.                 if(tickets>0){  
  12.                     try {  
  13.                         Thread.sleep(10);  
  14.                     } catch (InterruptedException e) {  
  15.                         // TODO Auto-generated catch block  
  16.                         e.printStackTrace();  
  17.                     }  
  18.                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "    " + tickets--);  
  19.                 }             
  20.             }  
  21.         }  
  22.     }  
  23. }  

至此，就解决了 上篇所提及的 线程安全问题！

下面介绍三个问题：同步的原理，同步的好处,弊端 ，同步的前提

同步的原理：其实就是将需要同步的代码进行封装，并在该代码上加了一个锁。

同步的好处，弊端：

好处：使多线程处于能够安全的运行。

弊端：在加了多线程之后，多个线程在对锁申请使用权的时候，会使CPU不断的切换，，这样做，会引起性能的降低。

同步的前提：

1. 必须要保证在同步中有多个线程。      因为同步中只有一个线程该同步是没有意义的。

2. 必须要保证多个线程在同步中使用的是同一个锁。这是才称为 多个线程被同步了！

关于同步的前提，请看下例代码：

[java] view plain copy
 
 print?
  1. package chapter1502;  
  2.   
  3. public class Ticket1 implements Runnable{  
  4.     private int tickets = 100;  
  5.       
  6.     //线程任务  
  7.     public void run(){  
  8.         Object obj = new Object();  
  9.         while(true){  
  10.             synchronized(obj){ //加锁  
  11.                 if(tickets>0){  
  12.                     try {  
  13.                         Thread.sleep(10);  
  14.                     } catch (InterruptedException e) {  
  15.                         // TODO Auto-generated catch block  
  16.                         e.printStackTrace();  
  17.                     }  
  18.                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "    " + tickets--);  
  19.                 }             
  20.             }  
  21.         }  
  22.     }  
  23. }  
[java] view plain copy
 
 print?
  1. public class SaleTicket2 {  
  2.   
  3.     public static void main(String[] args) {  
  4.         //任务对象  
  5.         Ticket1 t1 = new Ticket1();  
  6.         //线程对象  
  7.         Thread td1 = new Thread(t1);  
  8.         Thread td2 = new Thread(t1);  
  9.         Thread td3 = new Thread(t1);  
  10.         Thread td4 = new Thread(t1);  
  11.           
  12.         //开启线程  
  13.         td1.start();  
  14.         td2.start();  
  15.         td3.start();  
  16.         td4.start();  
  17.     }  
  18. }  




运行结果为：

运行后发现，即使加了同步 ，加了锁，然而问题依旧，这是为什么呢？

在主函数中：

//任务对象
Ticket1 t1 = new Ticket1();
//线程对象
Thread td1 = new Thread(t1);
Thread td2 = new Thread(t1);
Thread td3 = new Thread(t1);
Thread td4 = new Thread(t1);

//开启线程
td1.start();
td2.start();
td3.start();
td4.start();

当我们在主函数中，创建了线程对象后，注意，每个run()方法中，都有一个锁，因为他们自己用的自己的锁，所以 同步就相当于没加，所以会再次出现这样的问题，故而，当我们在为同步加锁的时候，一定得保证，加的锁是同一把锁。

同步函数：函数本身没有同步性，当我们为他加上 synchronized标记后，他也就具备了同步性。

上述代码经过修改后：

[java] view plain copy
 
 print?
  1. class Ticket implements Runnable  
  2. {  
  3.     private int num = 100;  
  4.     private Object obj = new Object();  
  5.     public  void run()  
  6.     {  
  7.         while(true)  
  8.         {  
  9.             show();  
  10.         }  
  11.     }  
  12.     //同步函数  
  13.     public synchronized void show()  
  14.     {  
  15.         if(num>0)  
  16.         {  
  17.             try{Thread.sleep(10);}catch(InterruptedException e){}  
  18.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+".....sale....."+num--);  
  19.         }  
  20.     }  
  21. }  
  22. class TicketDemo3   
  23. {  
  24.     public static void main(String[] args)   
  25.     {  
  26.         Ticket t = new Ticket();  
  27.           
  28.         //创建线程对象。  
  29.           
  30.         Thread t1 = new Thread(t);  
  31.         Thread t2 = new Thread(t);  
  32.         Thread t3 = new Thread(t);  
  33.         Thread t4 = new Thread(t);  
  34.   
  35.         t1.start();  
  36.         t2.start();  
  37.         t3.start();  
  38.         t4.start();  
  39.   
  40.     }  
  41. }  

那么，同样是同步，同步函数和同步代码块的区别：

1. 同步函数比同步代码块 写法简单。

2. 同步函数使用的锁是 this . 同步代码块使用的是 任意指定的对象。

下面主要介绍一下，锁——同步代码块，同步函数，静态同步函数使用的锁：

1. 同步代码块使用的锁是：任意的对象；

2. 同步函数使用的锁是： this , this代表当前对象的引用。

3. 静态——当一个类被加载进内存以后，在我们还没有创建对象的时候，已经有对象了Xx.class。

静态随着类的加载而加载，这时内存中存储的对象至少有一个  就是该类字节码文件对象。

这个对象的表示方式： 类名.class 

[java] view plain copy
 
 print?
  1. class StaticLockDemo   
  2. {  
  3.     public static void main(String[] args)   
  4.     {  
  5.         Ticket t = new Ticket();  
  6.           
  7.         //创建线程对象。  
  8.           
  9.         Thread t1 = new Thread(t);  
  10.         Thread t2 = new Thread(t);  
  11.   
  12.         t1.start();  
  13.         try{Thread.sleep(10);}catch(InterruptedException e){}  
  14.         //在开启了t1后，将标记置为false。  
  15.         t.setFlag();  
  16.   
  17.         t2.start();  
  18.   
  19.   
  20.     }  
  21. }  
  22.   
  23. class Ticket implements Runnable  
  24. {  
  25.     private static  int num = 200;  
  26.     private boolean flag = true;  
  27.     public  void run()  
  28.     {  
  29.         if(flag)//为true就执行同步代码块。  
  30.             while(true)  
  31.             {  
  32.                 synchronized(Ticket.class)  
  33.                 {  
  34.                     if(num>0)  
  35.                     {  
  36.                         try{Thread.sleep(10);}catch(InterruptedException e){}  
  37.                         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+".....code.........."+num--);  
  38.                     }  
  39.                 }  
  40.             }  
  41.         else//为false就执行同步函数。   
  42.             while(true)  
  43.             {  
  44.                 show();  
  45.             }  
  46.     }  
  47.     /* 
  48.     将标记改为false。 
  49.     */  
  50.     public void setFlag()  
  51.     {  
  52.         flag = false;  
  53.     }  
  54.   
  55.     public static synchronized void show()  
  56.     {  
  57.         if(num>0)  
  58.         {  
  59.             try{Thread.sleep(10);}catch(InterruptedException e){}  
  60.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"............func....."+num--);  
  61.         }  
  62.     }  
  63. }  
  64.   
  65. class StaticLockDemo   
  66. {  
  67.     public static void main(String[] args)   
  68.     {  
  69.         Ticket t = new Ticket();  
  70.           
  71.         //创建线程对象。  
  72.           
  73.         Thread t1 = new Thread(t);  
  74.         Thread t2 = new Thread(t);  
  75.   
  76.         t1.start();  
  77.         try{Thread.sleep(10);}catch(InterruptedException e){}  
  78.         //在开启了t1后，将标记置为false。  
  79.         t.setFlag();  
  80.   
  81.         t2.start();  
  82.   
  83.     }  
  84. }  
  85. 死锁：

    1. 指多个进程or 线程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当线程 处于 这种僵态是，若无外力作用，他们将无法再向前推进。

      最常见的死锁情况，同步的嵌套：

      同步中还有同步，两个同步用的不是一个锁。

       我们应当，尽量避免同步嵌套的情况。

      如下所示：

      [java] view plain copy
       
       print?
      1. public class Clock {  
      2.     public static Clock locka = new Clock();  
      3.     public static Clock lockb = new Clock();  
      4. }  
      5.   
      6. public class DeadLock implements Runnable {  
      7.     private boolean flag;  
      8.       
      9.     public DeadLock(boolean flag){  
      10.         this.flag = flag;  
      11.     }  
      12.       
      13.     @Override  
      14.     public void run() {  
      15.         if(flag){  
      16.             while(true){  
      17.                 synchronized(Clock.locka){  
      18.                     System.out.println(".................if locka");  
      19.                     synchronized(Clock.lockb){  
      20.                         System.out.println(".................if lockb");  
      21.                     }  
      22.                 }  
      23.             }  
      24.         }  
      25.         else{  
      26.             while(true){  
      27.                 synchronized(Clock.lockb){  
      28.                     System.out.println("-------------------------else lockb");  
      29.                     synchronized(Clock.locka){  
      30.                         System.out.println("----------------------else locka");  
      31.                     }  
      32.                 }  
      33.             }  
      34.         }  
      35.   
      36.     }     
      37. }  
      38.   
      39. public class DeadLockTest {  
      40.   
      41.     public static void main(String[] args) {  
      42.   
      43.         DeadLock d1 = new DeadLock(true);  
      44.         DeadLock d2 = new DeadLock(false);  
      45.           
      46.         Thread t1 = new Thread(d1);  
      47.         Thread t2 = new Thread(d2);  
      48.           
      49.         t1.start();  
      50.         t2.start();  
      51.           
      52.     }  
      53. }  

      上例中，当先线程1 拿到 Clock.locka , 线程2 拿到 Clock.lockb， 但 此时，线程1 需要 Clock.lockb 来继续运行，线程2 需要 Clock.locka 来继续运行，他们互不想让，就造成了死锁的状况。
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