java中的線程

java語言裏的線程本質上就是操做系統的線程,他們是一 一對應的

線程生命週期

線程狀態轉換圖—— 五態模型

1. 初始狀態: 線程已經被建立,可是尚未分配CPU執行。 這個狀態屬於編程語言特有的，不過這裏所謂的被建立，僅僅時在編程語言層面被建立，而在操做系統層面，真正的線程還沒建立。
2. 可運行狀態：初始狀態線程執行start()方法，線程具有CPU的執行資格，沒有CPU的執行權。 這種狀態下，真正的操做系統線程已經被成功建立了，因此能夠分配CPU執行了。
3. 運行狀態: 處於可運行狀態的線程獲得CUP執行權。 當有空閒的CPU時,操做系統會將其分配給一個處於可運行狀態的線程,被分配到CPU的線程狀態就轉換成了運行狀態。
4. 休眠狀態：運行狀態的線程釋放CPU的執行權。 運行狀態的線程若是調用一個阻塞的API（sleep,wait）或者等待某個事件（例如條件變量），那麼線程的狀態就會轉換到休眠狀態，同時釋放CPU使用權，休眠狀態的線程永遠沒有機會得到 CPU使用權。當等待的事件出現了(sleep到期,wait執行notif)，線程就會從休眠狀態轉換到可運行狀態。
5. 終止狀態: 線程執行完或者出現異常或者調用API強制結束。

java中的線程週期

Java語言中線程共有六種狀態，分別是：

1. NEW（初始化狀態) : Java剛建立出來的Thread對象。
2. RUNNABLE（可運行/運行狀態） : Thread執行start()方法。
3. BLOCKED（阻塞狀態），WAITING（無時限等待），TIMED_WAITING（有時限等待） : RUNNABLE狀態的線程調用wait()、join()、sleep()方法。
4. TERMINATED（終止狀態): run()方法執行完，或者意外中斷。

BLOCKED，WAITING，TIMED_WAITING 是上面提到的休眠狀態。Java線程處於這些狀態那麼這個線程就永遠沒有CPU的使用權。

線程能夠經過isInterrupted()方法，檢 測是否是本身被中斷了。

建立一個線程

Java剛建立出來的Thread對象就是NEW狀態，而建立Thread對象主要有兩種方法。一種是繼承Thread對 象，重寫run()方法。示例代碼以下：

方式一: 繼承Thread

//	⾃定義線程對象 
class MyThread extends Thread{
    public void run() {				
        //	線程須要執⾏的代碼	
    } 
} 
//	建立線程對象 
MyThread myThread =	new	MyThread();

方式二: 實現Runnable接口

//實現Runnable接⼝ 
class Runner implements Runnable {		
    @Override		
    public void run(){				
        //線程須要執⾏的代碼		
    } 
} 
//建立線程對象 
Thread thread = new Thread(new Runner());

方式三：實現Callable接口

//實現Runnable接⼝ 
class Runner implements Callable<String> {		
    @Override
     public String call() throws Exception {
          //線程須要執⾏的代碼		
         return null;
     }
}

//建立 FutureTask
 FutureTask<String> ft1 = new FutureTask(new Runner());
//執行這個任務
Thread t1 = new Thread(ft1);
t1.start();
//獲取返回值
t1.get();

方法三實質上也是實現了Runnable接口，由於FutureTask實現了Runnable接口

Future接口提供的方法：

//	取消任務 
boolean	cancel(boolean	mayInterruptIfRunning); 
//	判斷任務是否已取消		
boolean	isCancelled(); 
//	判斷任務是否已結束 
boolean	isDone(); 
//	得到任務執⾏結果 
get(); 
//	得到任務執⾏結果，⽀持超時 
get(long timeout, TimeUnit unit);

這兩個get()方法都是阻塞式的，若是被調用的時候，任務尚未執行完，那麼調用get()方法的線程會阻塞，直到任務執行完纔會被喚醒。

• Java剛建立出來的Thread對象就是NEW狀態
• NEW狀態的線程不會被操做系統調度,所以不會執行
• NEW狀態的線程調用start()會進入RUNNABLE狀態

stop()與interrupt()的區別

stop()會殺死線程,若是線程持有ReentrantLock鎖，被stop()的線程並不會自動調用ReentrantLock的unlock()去釋放鎖，那其餘線程就再也沒機會得到ReentrantLock鎖。因此該方法就不建議使用了，相似的方法還有suspend()和resume()方法，這兩個方法一樣也都不建議使用。

interrupt()僅僅是通知線程,線程有機會執行一些後續操做,同時也能夠無視這個通知。

爲何要使用多線程

提升程序的性能： 下降延遲，提升吞吐量。

提升性能的方式：1優化算法；2將硬件的性能發揮到極致

在併發編程領域，提高性能本質上就是提高硬件的利用率，具體來講就是提高I/O的利用率和CPU的利用率。

若是CPU和I/O設備的利用率都很低，那麼能夠嘗試經過增長線程提升吞吐量。

建立多少線程合適？

咱們的成語通常都是CPU計算和I/O操做交叉執行的，因爲I/O設備的速度相對於CPU來講都是很慢的，因此大部分狀況下，I/O操做的執行時間相對於CPU計算來講都很是長，這種場景咱們通常都成爲I/O密集型程序和CPU密集型程序，計算最近線程數的方法是不一樣的。

對於CPU密集型的計算場景,理論上「線程的數量-CPU核數」就是最合適的。不過在工程上,線程的數量通常會設置爲"CPU核數+1" ,這樣的話,當線程由於偶爾的內存頁失效或其餘緣由致使阻塞時,這個額外的線程能夠頂上,從而保證CPU的利用率。

對於I/O密集型的計算場景，好比前面咱們的例子中，若是CPU計算和I/O操做的耗時是1:1，那麼2個線程是 最合適的。若是CPU計算和I/O操做的耗時是1:2，那多少個線程合適呢？是3個線程，以下圖所示：CPU在 A、B、C三個線程之間切換，對於線程A，當CPU從B、C切換回來時，線程A正好執行完I/O操做。這樣CPU 和I/O設備的利用率都達到了100%。

更多的精力其實應該放在算法的優化上，線程池的配置，按照經驗配置一個，隨時關注線程池大小對程序 的影響便可，具體作法：能夠爲你的程序配置一個全局的線程池，須要異步執行的任務，扔到這個全局線 程池處理，線程池大小按照經驗設置，每隔一段時間打印一下線程池的利用率，作到內心有數。

設置線程數的原則： 將硬件的性能發揮到極致。

爲何局部變量是線程安全的？

調用棧結構

線程與調用棧的關係圖

每一個線程都有本身的調用棧，局部變量保存在線程各自的調用棧裏面，不會共享，因此天然也就沒有併發問題。

局部變量的做用域是方法內部，也就是說當方法執行完，局部變量就沒用了，局部變量和方法同生共死。

局部變量是和方法同生共死的，一個變量若是想跨越方法的邊界，就必須建立在堆裏。

調用棧與線程

兩個線程能夠同時用不一樣的參數調用相同的方法。

每一個線程都有本身獨立的調用棧。

線程封閉 ： 僅在單線程內訪問數據。不存在多線程的數據共享。

棧溢出的緣由：

由於每調用一個方法就會在棧上建立一個棧幀，方法調用結束後就會彈出該棧幀，而棧的大小不是無限的 ，因此遞歸調用次數過多的話就會致使棧溢出。而遞歸調用的特色是每遞歸一次，就要建立一個新的棧幀 ，並且還要保留以前的環境（棧幀），直到遇到結束條件。因此遞歸調用必定要明確好結束條件，不要出現死循環，並且要避免棧太深。

解決方法：

1. 簡單粗暴，不要使用遞歸，使用循環替代。缺點：代碼邏輯不夠清晰；
2. 限制遞歸次數；
3. 使用尾遞歸，尾遞歸是指在方法返回時只調用本身自己，且不能包含表達式。編譯器或解釋器會把尾遞歸作優化，使遞歸方法不論調用多少次，都只佔用一個棧幀，因此不會出現棧溢出。然而，Java沒有尾遞歸優化。

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