@Java | Thread & synchronized - [ 多線程 基本使用]

本文及後續相關文章梳理一下關於多線程和同步鎖的知識，平時只是應用層面的瞭解，因爲最近面試老是問一些原理性的知識，雖然說比較反感這種理論派，可是爲了生計也必須掌握一番。（PS：並非說掌握原理很差，可是封裝就是爲了更好的應用，我的感受不必爲了學習而學習，比較傾向於行動派，能將原理應用到實際纔算參透，本文也僅僅是背書而已）

知識點

• 進程：進程就是一段程序的執行過程，指在系統中能獨立運行並做爲資源分配的基本單位，它是由一組機器指令、數據和堆棧等組成的，是一個能獨立運行的活動實體。
• 線程：線程是進程中的一個實體，做爲系統調度和分派的基本單位。Linux下的線程看做輕量級進程。

線程和進程同樣分爲五個階段：建立、就緒、運行、阻塞、終止
多進程是指操做系統能同時運行多個任務（程序）
多線程是指在同一程序中有多個順序流在執行

多線程使用說明

如何建立線程

• 實現Runnable接口
• 繼承Thread類
• 經過Callable和Future建立線程

1. 經過實現Runnable接口建立並運行線程

- 實現Runnable接口

Public class A implements Runnable {
    public void run () {    // 必須實現run方法
        // 線程執行的業務代碼
    }
}

上面實現了 Runnable接口並經過 run方法包裝了須要經過線程執行的代碼

- 運行線程
經過實現了Runnable接口的類的實例建立線程對象(Thread)來運行線程，經常使用的Thread構造方法：

Thread(Runnable threadOb,String threadName);

其中 threadOb 是一個實現 Runnable接口的類的 實例， threadName指定線程的名字

調用線程類中的start()方法運行線程 new Thread(threadOb,threadName).start();（可建立多個線程對象運行同一個Runnable接口實例的run方法，實現資源共享）

PS： start()方法的調用後並非當即執行多線程代碼，而是使得該線程變爲 可運行態（Runnable），等待CPU分配調度執行

2. 繼承Thread類建立並運行線程

- 繼承Thread類

public class A extends Thread {
    @Override
    public void run() {    // 重寫run方法
        // 線程執行的業務代碼
    }
}

上面繼承了 Runnable接口並經過重寫 run方法包裝了須要經過線程執行的代碼，經過源碼能夠看到 Thread類也是實現了 Runnable接口的，因此本質上和上一種方式無太大區別，不一樣的是Thread類不適合 共享資源線程實現

- 運行線程

一樣是調用線程類中的start()方法運行線程，此時線程類爲繼承Thread的類

3. 經過Callable和Future建立並運行線程

- 實現Callable接口

public class A implements Callable<T> {
    @Override  
    public T call() throws Exception  // 實現call()方法
    {  
        //  線程執行的業務代碼
    }  
}

建立 Callable接口的實現類 （經過泛型制定線程執行結束後的返回值類型），並實現 call()方法，該 call()方法將做爲線程執行體，而且有 返回值（返回值類型爲 Callable接口泛型制定的類型）

- 使用FutureTask類來包裝Callable對象

FutureTask<T> ft = new FutureTask<>(callableObj);

其中 callableObj爲 Callable實現類的實例，使用 FutureTask類來包裝 Callable對象，該 FutureTask對象封裝了該 Callable對象的 call()方法的返回值

- 運行線程

經過FutureTask類的實例建立線程對象(Thread)來運行線程，此時應用的Thread`構造方法：

Thread(FutureTask futureObj,String threadName);

其中 futureObj 是一個 FutureTask 類的 實例， threadName指定線程的名字

調用線程類中的start()方法運行線程 new Thread(threadOb,threadName).start();
調用FutureTask對象的get()方法來得到子線程執行結束後的返回值

使用須知

1. 多線程執行的時候是無序的，即誰先獲取到CPU資源就能夠先執行，隨機性比較大
2. 若是start()方法重複調用，會出現java.lang.IllegalThreadStateException異常

3. 直接繼承Thread類和實現接口方式建立線程的區別

   • 直接繼承Thread類方便快捷，適合相對單一無序的多線程執行
   • 實現接口方式適合多個相同的程序代碼的線程去處理同一個資源
   • 實現接口方式能夠避免java中的單繼承的限制
   • 實現接口方式增長程序的健壯性，代碼能夠被多個線程共享，代碼和數據獨立
   • 線程池只能放入實現Runable或callable類線程，不能直接放入繼承Thread的類
4. Java程序運行首先會啓動一個JVM進程，而後至少啓動兩個線程，即main線程和垃圾收集線程

Thread經常使用方法說明

1. sleep(long millis): 在指定的毫秒數內讓當前正在執行的線程休眠（暫停執行），可用TimeUnit.MILLISECONDS.sleep方法替換

2. join(): 等待調用join()的線程終止

   • 使用方式

     `Thread t = new AThread(); t.start(); t.join();`

     join()的做用是將線程加入到 當前線程中，只有執行完join()調用線程才能執行後面的代碼

   • 使用場景
     正常狀況下主線程不依賴子線程執行完成而結束，當主線程須要在子線程完成以後再結束時，可以使用此方法

3. yield(): 暫停當前正在執行的線程對象，並執行其餘線程

   • 使用說明
     yield()只是將線程從運行狀態轉到可運行狀態（start()方法執行後的狀態），不會致使線程轉到等待/睡眠/阻塞狀態

   • 使用場景
     yield()應該作的是讓當前運行線程回到可運行狀態，以容許具備相同優先級的其餘線程得到運行機會。所以，使用yield()的目的是讓相同優先級的線程之間能適當的輪轉執行。可是，實際中沒法保證yield()達到讓步目的，由於讓步的線程還有可能被線程調度程序再次選中

     PS： yield()方法執行時，當前線程仍處在可運行狀態，因此，不可能讓出較低優先級的線程些時得到 CPU佔有權。在一個運行系統中，若是較高優先級的線程沒有調用 sleep方法，又沒有受到 I\O 阻塞，那麼，較低優先級線程只能等待全部較高優先級的線程運行結束，纔有機會運行

4. setPriority(): 更改線程的優先級，優先級高的線程會得到較多的運行機會
   優先級靜態常量MIN_PRIORITY=1，NORM_PRIORITY=5，MAX_PRIORITY=10

   • 使用方式

     Thread t1 = new Thread("t1");
     Thread t2 = new Thread("t2");
     t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
     t2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

   • 使用說明
     Thread類的setPriority()和getPriority()方法分別用來設置和獲取線程的優先級。
     每一個線程都有默認的優先級。主線程的默認優先級爲Thread.NORM_PRIORITY。
     線程的優先級有繼承關係，好比A線程中建立了B線程，那麼B將和A具備相同的優先級。
     JVM提供了10個線程優先級，但與常見的操做系統都不能很好的映射。若是但願程序能移植到各個操做系統中，應該僅僅使用Thread類有如下三個靜態常量做爲優先級，這樣能保證一樣的優先級採用了一樣的調度方式

5. interrupt(): 將線程對象的中斷標識設成true

   • 使用說明

     • 中斷只是一種協做機制，Java沒有給中斷增長任何語法，中斷的過程徹底須要程序員本身實現。若要中斷一個線程，你須要手動調用該線程的interrupted方法，該方法也僅僅是將線程對象的中斷標識設成true；接着你須要本身寫代碼不斷地檢測當前線程的標識位；若是爲true，表示別的線程要求這條線程中斷，此時究竟該作什麼須要你本身寫代碼實現
     • 每一個線程對象中都有一個標識，用於表示線程是否被中斷；該標識位爲true表示中斷，爲false表示未中斷
     • 經過調用線程對象的interrupt方法將該線程的標識位設爲true；能夠在別的線程中調用，也能夠在本身的線程中調用

   • 使用方式

     • 在調用阻塞方法時正確處理InterruptedException異常

     • 設置中斷監聽（另外一種方式）

       Thread t1 = new Thread( new Runnable(){
              public void run(){
                  // 若未發生中斷，就正常執行任務
                  while(!Thread.currentThread.isInterrupted()){
                      // 正常任務代碼……
                  }
          
                  // 中斷的處理代碼……
                  doSomething();
              }
          } ).start();

     • 觸發中斷

       t1.interrupt();

   • interrupt方法使用參考連接
     大閒人柴毛毛
6. wait(): 主動釋放對象鎖，同時本線程休眠，直到有其它線程調用對象的notify()喚醒該線程，從新獲取對象鎖並執行（wait()方法屬於Object中的方法，並不屬於Thread類）
7. notify(): 喚醒調用notify()對象的線程，notify()調用後，並非立刻就釋放對象鎖的，而是在相應的synchronized(){}語句塊執行結束，自動釋放鎖後，JVM會在wait()對象鎖的線程中隨機選取一線程，賦予其對象鎖，喚醒線程，繼續執行

Thread幾個方法比較

1.sleep()和yield()的區別

• sleep()使當前線程進入停滯狀態，因此執行sleep()的線程在指定的時間內確定不會被執行；yield()只是使當前線程從新回到可執行狀態，因此執行yield()的線程有可能在進入到可執行狀態後立刻又被執行
• sleep方法使當前運行中的線程睡眼一段時間，進入不可運行狀態，這段時間的長短是由程序設定的，yield方法使當前線程讓出CPU佔有權，但讓出的時間是不可設定的。實際上，yield()方法對應了以下操做：先檢測當前是否有相同優先級的線程處於同可運行狀態，若有，則把CPU的佔有權交給此線程，不然，繼續運行原來的線程。因此yield()方法稱爲'退讓'，它把運行機會讓給了同等優先級的其餘線程
• sleep方法容許較低優先級的線程得到運行機會，但yield()方法執行時，當前線程仍處在可運行狀態，因此，不可能讓出較低優先級的線程些時得到CPU佔有權。在一個運行系統中，若是較高優先級的線程沒有調用 sleep方法，又沒有受到IO阻塞，那麼，較低優先級線程只能等待全部較高優先級的線程運行結束，纔有機會運行

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2.wait()和sleep()區別

共同點：

• 他們都是在多線程的環境下，均可以在程序的調用處阻塞指定的毫秒數，並返回
• wait()和sleep()均可以經過interrupt()方法 打斷線程的暫停狀態，從而使線程馬上拋出InterruptedException
• 若是線程A但願當即結束線程B，則能夠對線程B對應的Thread實例調用interrupt方法。若是此刻線程B正在wait/sleep /join，則線程B會馬上拋出InterruptedException，在catch() {} 中直接return便可安全地結束線程。

須要注意的是， InterruptedException是線程本身從內部拋出的，並非 interrupt()方法拋出的。對某一線程調用 interrupt()時，若是該線程正在執行普通的代碼，那麼該線程根本就不會拋出 InterruptedException。可是，一旦該線程進入到 wait()/ sleep()/ join()後，就會馬上拋出 InterruptedException

不一樣點：

• sleep()，yield()等是Thread類的方法
• wait()和notify()等是Object的方法
• 每一個對象都有一個鎖來控制同步訪問。Synchronized關鍵字能夠和對象的鎖交互，來實現線程的同步。sleep方法沒有釋放鎖，而wait方法釋放了鎖，使得其餘線程可使用同步控制塊或者方法
• wait，notify和notifyAll只能在同步控制方法或者同步控制塊裏面使用，而sleep能夠在任何地方使用

簡單來講：　

• sleep()睡眠時，保持對象鎖，仍然佔有該鎖；
• 而wait()睡眠時，釋放對象鎖。
• wait()和sleep()均可以經過interrupt()方法打斷線程的暫停狀態，從而使線程馬上拋出InterruptedException（但不建議使用該方法）

sleep()方法

• sleep()使當前線程進入停滯狀態（阻塞當前線程），讓出CPU的使用、目的是不讓當前線程獨自霸佔該進程所獲的CPU資源，以留必定時間給其餘線程執行的機會;
• sleep()是Thread類的Static的方法；所以他不能改變對象的機鎖，因此當在一個Synchronized塊中調用Sleep()方法是，線程雖然休眠了，可是對象的機鎖並無被釋放，其餘線程沒法訪問這個對象（即便休眠也持有對象鎖）
• 在sleep()休眠時間期滿後，該線程不必定會當即執行，這是由於其它線程可能正在運行並且沒有被調度爲放棄執行，除非此線程具備更高的優先級

wait()方法

• wait()方法是Object類裏的方法；當一個線程執行到wait()方法時，它就進入到一個和該對象相關的等待池中，同時失去（釋放）了對象的機鎖（暫時失去機鎖，wait(long timeout)超時時間到後還須要返還對象鎖）；其餘線程能夠訪問；
• wait()使用notify或者notifyAlll或者指定睡眠時間來喚醒當前等待池中的線程。
• wait()必須放在synchronized block中，不然會在程序runtime時扔出java.lang.IllegalMonitorStateException異常。