JAVA線程及簡單同步實現的原理解析

JAVA線程及簡單同步實現的原理解析

摘要： JAVA線程及簡單同步實現的原理解析線程1、內容簡介：　　本文主要講述計算機中有關線程的相關內容，以及JAVA中關於線程的基礎知識點，爲之後的深刻學習作鋪墊。若是你已是高手了，那麼這篇文章並不適合你。

線程
1、內容簡介：
　　本文主要講述計算機中有關線程的相關內容，以及JAVA中關於線程的基礎知識點，爲之後的深刻學習作鋪墊。若是你已是高手了，那麼這篇文章並不適合你。
2、隨筆正文：
一、計算機系統組成
　　計算機系統由計算機硬件系統和軟件系統組成。咱們今天要說的線程和硬件系統中的cpu中央處理器，及軟件系統中的操做系統，進程等有比較緊密的聯繫。操做系統是軟件中比較特殊的存在，與硬件系統直接交互，其餘程序（軟件）運行在操做系統之上。
二、cpu簡單說明
　　硬件系統中特別重要的一項就是處理器CPU，與咱們所說的線程有很是緊密的聯繫。cpu中有幾項參數，以及如何查看該信息，在下文逐一說明：
塊數：民用pc機，基本都是一塊物理cpu，每塊主板上只能裝一塊cpu。
核心數：也就是單塊物理cpu是由幾組處理芯片組，組成的。4核心 8核心等。
線程數：老款cpu都是單線程的，及一組芯片組只能運行一個線程。現款因特爾cpu大多支持超線程技術可支持多個邏輯線程。可是須要操做系統及相關編程語言的支持，JAVA相較C++在多線程方面能表現的更出色。
主頻：單位GHZ（hz赫茲 每秒的週期性變更重複次數）在計算機中即高低電平變化一次，能夠產生兩個不一樣的電信號0、1。以個人CPU I5-4200M 2.5GHZ 舉例，及cpu能夠每秒完成25億次震盪！ 也就是說主頻越高理論上計算能力越強，處理計算機指令越快。可是並不表明計算機總體運算速度約高，這點一般知足水桶效應，而cpu一直穩居長板地位。
緩存：cpu內置緩存，很小一般爲幾Mb至十幾Mb，和cpu交互更頻繁，速度也遠高於普通運行內存，提升cpu處理能力的有效手段。
查看cpu參數指令：
DOS命令

三、關係梳理
　　操做系統，程序，進程，線程之間的關係梳理、
　　程序：是計算機上的靜態代碼，指令文件集合，是靜態的存在。好比：QQ，LOL等
　　進程：程序的執行實體（過程），持有及分配資源的主體。chrome.ext,QQ.exe等執行進程。
　　線程：是進程中的勞動力，由進程建立，完成指定任務後結束。
　　關係：
　　　　操做系統 1 ——> n 程序 1 ——> n 進程 1 ——> n 線程
　　　　 平臺　　　　　　　集合 　　　　資源 　　　　幹活的
　　普通進程建立線程去完成指定的計算機指令，這個時候須要調用系統資源如cpu進行運算，可是用戶線程並不能直接驅動硬件，而是經過操做系統去統一分配、控制硬件的使用。

四、進程、線程基本狀態
　　五個基本狀態，建立和終止不說了。計算機中的線程建立以後會進入就緒狀態，當cpu爲此線程分配時間片時，線程由就緒轉爲執行狀態，開始幹活，當時間片結束時回到就緒狀態等待下次獲取時間片，循環直到任務完成，當任務完成時，線程終止（死亡）。若在執行過程當中遇到耗時操做好比IO或者JAVA中的線程休眠等，會進入阻塞狀態，阻塞結束會進入就緒狀態繼續排隊等待被分配時間片。

五、JAVA中的線程
　　java中提供了兩種方式去建立線程，繼承類和實現接口。因爲java中單繼承機制的限制，大多數狀況下使用實現Runnable接口的形式建立線程。
1 、繼承Thread類
繼承Thread類
二、實現Runnable接口
實現Runnable接口
三、線程的經常使用方法

1 start()
2 //啓動線程，調用run方法
3 sleep()
4 //線程休眠，進入阻塞狀態，讓出時間片，但不會讓出鎖
5 Thread.currentThread()
6 //獲取當前執行線程
7 wait/notify()
8 //僅能存在synchronized代碼塊中，wait線程休息，讓出時間片，進入等待狀態,notify()喚醒該線程；該方法存在重載
9 join()
10 //等待此線程執行完畢
11 setDaemon()
12 //設置守護線程，守護線程是服務線程，當用戶線程結束，守護線程自動結束
13 yield()
14 //主動讓出時間片給其餘線程
15 interrupt()
16 //中斷線程，不推薦
17 get/setId()
18 //設置獲取線程id
19 get/setName()
20 //設置獲取線程名
21 get/setPriority()
22 //設置獲取線程優先級，理論上優先級越高，獲取時間片的機率越大，默認是5最高10最小1
複製代碼
四、JAVA中的線程狀態圖
五、線程練習
簡單模擬多線程購票業務
售票業務
　　在不作任何控制的狀況下，出錯的概率很小，我反覆測試幾回，結果基本都正確！分析緣由：業務自己相對簡單，沒有耗時操做，每一個時間片基本能保證線程將本次任務執行完畢！也就是將票數減一併打印內容。
　　爲了模擬在售票前雙方的問詢階段及付款階段的等待，在售票前(後)加入Thread.sleep(ms) 模擬耗時操做。
加入線程休眠
　　改動後系統出現bug同一張票被售出了屢次，而且可能將票賣出負數。究其緣由：線程之間的數據爭用問題，咱們將引入JAVA內存模型進行分析(圖片來自網絡侵刪)
　　首先咱們須要知道幾個概念，以下：
　　共享變量：主內存中存在被多個線程同時用到的變量，在多個線程中存在相應副本變量。
　　可見性：線程對共享變量的值進行修改，可否被其餘線程可見。
　　變量訪問規則：　　 一、線程對共享變量的操做只能在本身工做內存中的副本。
　　　　　　　　　　　　二、工做內存中的變量變化須要經過主內存傳遞。
六、實現同步
　　實現同步即實現共享變量可見性，工做內存1 ——> 主內存 ——>工做內存2，在數據傳遞的兩個環節中出現問題都會對同步形成影響，從而影響執行結果。
　　synchronized實現同步
　　synchronized 能夠實現指令的原子性，及共享變量的可見性。
　　原子性：synchronize修飾的方法或者代碼塊會獲取互斥鎖，保證同一時間只能有一個對象訪問該方法或代碼塊，將其做爲一個總體，保證了原子性。
​ 　　可見性：加鎖後，先清空工做內存，同步主內存中的共享變量。解鎖前，先將工做內存中的變量同步到主內存，再釋放鎖。
　　因此結合上述例子，爲sellTickets()方法加鎖便可實現同步；或者對核心代碼片斷加鎖；
複製代碼
private synchronized boolean sellTickets() { //… 省略中間代碼
}
　　//或者以下實現
　　
synchronized(this){
[Java] 純文本查看 複製代碼
?
1
//this指的是調用sellTickets()的對象
}

七、volatile關鍵字
　　共享變量（類的成員變量、類的靜態成員變量）被volatile修飾以後，那麼就具有了兩層語義：
　　原理：被volatile修飾的變量所生成彙編代碼時有lock前綴，生成"內存屏障"。
　　　　1）保證了不一樣線程對這個變量進行操做時的可見性，即工做內存中的變量值在修改後會被當即同步到主內存中；
　　　　2）而且使其餘線程中的緩存無效，這樣當其餘線程在訪問共享變量時就必須取主內存中獲取；
　　　　3）禁止進行指令重排序；
　　綜上所述，volatile能夠保證可見性，但不能保證原子性；
　　舉例分析：

volatile int number = 0 ;
number ++ ；
/*
[Java] 純文本查看 複製代碼
?

操做能夠解析成三步: 1.獲取number中的值

2.計算加1操做 
              3.number = 0 + 1；

在一個時間片中，雖然volatile修飾的number必定會被當即同步到主內存中，但不能保證完整執行這三步，因此不能保證++操做的原子性 。
原文地址https://www.cnblogs.com/lijiz...