Java多線程學習筆記

做者：Grey

原文地址：Java多線程學習筆記

源碼: Github

什麼是程序，進程和線程？

• 程序是計算機的可執行文件
• 進程是計算機資源分配的基本單位
• 線程是資源調度執行的基本單位
  • 一個程序裏面不一樣的執行路徑
  • 多個線程共享進程中的資源

線程和進程的關係

線程就是輕量級進程，是程序執行的最小單位。

多進程的方式也能夠實現併發，爲何咱們要使用多線程？

1. 共享資源在線程間的通訊比較容易。
2. 線程開銷更小。

進程和線程的區別？

• 進程是一個獨立的運行環境，而線程是在進程中執行的一個任務。他們兩個本質的區別是是否單獨佔有內存地址空間及其它系統資源（好比I/O）。
• 進程單獨佔有必定的內存地址空間，因此進程間存在內存隔離，數據是分開的，數據共享複雜可是同步簡單，各個進程之間互不干擾；而線程共享所屬進程佔有的內存地址空間和資源，數據共享簡單，可是同步複雜。
• 進程單獨佔有必定的內存地址空間，一個進程出現問題不會影響其餘進程，不影響主程序的穩定性，可靠性高；一個線程崩潰可能影響整個程序的穩定性，可靠性較低。
• 進程單獨佔有必定的內存地址空間，進程的建立和銷燬不只須要保存寄存器和棧信息，還須要資源的分配回收以及頁調度，開銷較大；線程只須要保存寄存器和棧信息，開銷較小。
• 進程是操做系統進行資源分配的基本單位，而線程是操做系統進行調度的基本單位，即CPU分配時間的單位。

什麼是線程切換？

從底層角度上看，CPU主要由以下三部分組成，分別是：

• ALU: 計算單元
• Registers: 寄存器組
• PC：存儲到底執行到哪條指令

T1線程在執行的時候，將T1線程的指令放在PC，數據放在Registers，假設此時要切換成T2線程，T1線程的指令和數據放cache，而後把T2線程的指令放PC，數據放Registers，執行T2線程便可。

以上的整個過程是經過操做系統來調度的，且線程的調度是要消耗資源的，因此，線程不是設置越多越好。

單核CPU設定多線程是否有意義？

有意義，由於線程的操做中可能有不消耗CPU的操做，好比：等待網絡的傳輸，或者線程sleep，此時就可讓出CPU去執行其餘線程。能夠充分利用CPU資源。

• CPU密集型
• IO密集型

線程數量是否是設置的越大越好？

不是，由於線程切換要消耗資源。

示例：
單線程和多線程來累加1億個數。-> CountSum.java

工做線程數（線程池中線程數量）設多少合適？

• 和CPU的核數有關

• 最好是經過壓測來評估。經過profiler性能分析工具jProfiler，或者Arthas

• 公式

N = Ncpu * Ucpu * (1 + W/C)

其中：

• Ncpu是處理器的核的數目，能夠經過Runtime.getRuntime().availableProcessors() 獲得

• Ucpu是指望的CPU利用率（該值應該介於0和1之間）

• W/C是等待時間和計算時間的比率。

Java中建立線程的方式

1. 繼承Thread類，重寫run方法
2. 實現Runnable接口，實現run方法，這比方式1更好，由於一個類實現了Runnable之後，還能夠繼承其餘類
3. 使用lambda表達式
4. 經過線程池建立
5. 經過Callable/Future建立（須要返回值的時候）

具體示例可見：HelloThread.java

線程狀態

• NEW

線程剛剛建立，尚未啓動
即：剛剛New Thread的時候，尚未調用start方法時候，就是這個狀態

• RUNNABLE

可運行狀態，由線程調度器能夠安排執行，包括如下兩種狀況：

• READY
• RUNNING

READY和RUNNING經過yield來切換

• WAITING

等待被喚醒

• TIMED_WAITING

隔一段時間後自動喚醒

• BLOCKED

被阻塞，正在等待鎖
只有在synchronized的時候在會進入BLOCKED狀態

• TERMINATED

線程執行完畢後，是這個狀態

線程狀態切換

interrupt

• interrupt()

打斷某個線程(設置標誌位)

• isInterrupted()

查詢某線程是否被打斷過(查詢標誌位)

• static interrrupted

查詢當前線程是否被打斷過，並重置打斷標誌位

示例代碼：ThreadInterrupt.java

如何結束一個線程

不推薦的方式

• stop方法
• suspend/resume方法

以上兩種方式都不建議使用, 由於會產生數據不一致的問題，由於會釋放全部的鎖。

優雅的方式

若是不依賴循環的具體次數或者中間狀態, 能夠經過設置標誌位的方式來控制

public class ThreadFinished {
    private static volatile boolean flag = true;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        // 推薦方式:設置標誌位
        Thread t3 = new Thread(() -> {
            long i = 0L;
            while (flag) {
                i++;
            }
            System.out.println("count sum i = " + i);
        });
        t3.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        flag = false;
    }
}

若是要依賴循環的具體次數或者中間狀態, 則能夠用interrupt方式

public class ThreadFinished {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 推薦方式:使用interrupt
        Thread t4 = new Thread(() -> {
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {

            }
            System.out.println("t4 end");
        });
        t4.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        t4.interrupt();
    }
}

示例代碼: ThreadFinished.java

參考資料

多線程與高併發-馬士兵

實戰Java高併發程序設計(第2版)

深刻淺出Java多線程

Java併發編程實戰