併發編程之線程第一篇

時間 2020-02-08

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併發編程之線程第一篇

案例 - 防止CPU佔用100%

3.4 原理之線程運行

Java虛擬機棧
JVM中由堆、棧、方法區所組成，其中棧內存是給線程使用，每一個線程啓動後，虛擬機就會爲其分配一塊棧內存。java

每一個棧由多個棧幀（Frame）組成，對應着每次方法調用時所佔用的內存
每一個線程只能有一個活動棧幀，對應着當前正在執行的那個方法

線程上下文切換（Thread Context Switch）

由於如下一些緣由致使cpu再也不執行當前的線程，轉而執行另外一個線程的代碼編程

線程的cpu時間片用完
垃圾回收
有更高優先級的線程須要運行
線程本身調用了sleep、yield、join、park、synchronized、lock等方法程序
當Context Switch發生時，須要由操做系統保存當前線程的狀態，並恢復另外一個線程的狀態，Java中對應的概念就是程序計數器（Program Counter Register），它的做用是記住下一條jvm指令的執行地址，是線程私有的

3.5 常見方法

方法名	功能說明	注意
start()	啓動一個新線程，在新的線程運行run方法中的代碼	start方法只是讓線程進入就緒，裏面的代碼不必定馬上運行（CPU的時間片還沒分給它）。每一個線程對象的start方法只能調用一次，若是調用了屢次會出現IllegalThreadStateException
run()	新線程啓動後會調用的方法	若是在構造Thread對象時傳遞了Runnable參數，則線程啓動後調用Runnable中的run 方法，不然默認不執行任何操做。但能夠建立Thread的子類對象，來覆蓋默認行爲
join()	等待線程運行結束
join(long n)	等待線程運行結束，最多等待n毫秒
getId()	獲取線程長整型的id	id惟一
getName()	獲取線程名
setName(String)	修改線程名
getPriority()	獲取線程優先級
setPriority(int)	修改線程優先級	java中規定線程優先級是1~10的整數，較大的優先級能提升該線程被CPU調度的機率
getState()	獲取線程狀態	java中線程狀態是用6個enum表示，分別爲：NEW，RUNNABLE，BLOCKED，WAITING，TIMED_WAITING，TERMINATED
isInterrupted()	斷定是否被打斷	不會清除打斷標記
isAlive()	線程是否存活（尚未運行完畢）
interrupt()	打斷線程	若是被打斷線程正在sleep，wait，join會致使被打斷的線程拋出InterruptedException，並清除打斷標記；若是打斷的正在運行的線程，則會設置打斷標記；park的線程被打斷，也會設置打斷標記
interrupted() static	斷定當前線程是否被打斷	會清除打斷標記
currendThread(0 static	獲取當前正在執行的線程
sleep(long n) static	讓當前執行的線程休眠n毫秒，休眠時讓出cpu的時間片給其餘線程
yieId() static	提示線程調度器讓出當前線程對CPU的使用	主要是爲了測試和調試

3.6 start與run

調用run

輸出

程序仍在main線程運行，FileReader.read()方法調用仍是同步的併發

3.7 sleep與yield

sleepapp

調用sleep會讓當前線程從Running進入Timed Waiting狀態
其它線程可使用 interrupt方法打斷正在睡眠的線程，這時sleep方法會拋出InterruptedException
睡眠結束後的線程未必會馬上獲得執行
建議用TimeUnit的sleep代替Thread的sleep來得到更好地可讀性
yield
一、調用yield會讓當前線程從Running進入Runnable狀態，而後調度執行其它同優先級的線程。若是這時沒有同優先級的線程，那麼不能保證讓當前線程暫停的效果
二、具體的實現依賴於操做系統的任務調度器
線程優先級

線程優先級會提示（hint）調度器優先調度該線程，但它僅僅是一個提示，調度器能夠忽略它
若是cpu比較忙，那麼優先級高的線程會得到更多的時間片，但cpu閒時，優先級幾乎沒做用

案例 - 防止CPU佔用100%

sleep實現
在沒有利用cpu來計算時，不要讓while（true）空轉浪費cpu，這時可使用yield或sleep來讓出cpu的使用權給其餘程序
異步

能夠用wait或條件變量達到相似的效果
不一樣的是，後兩種都須要加鎖，而且須要相應的喚醒操做，通常適用於要進行同步的場景
sleep適用於無需鎖同步的場景

3.8 join方法詳解

爲何須要join
下面的代碼執行，打印r是什麼？

分析jvm

由於主線程和線程t1是並行執行的，t1線程須要1秒以後才能算出r=10
而主線程一開始就要打印r的結果，因此只能打印出r=0
解決方法
用sleep行不行？爲何？
用join，加在start以後便可

應用之同步（案例1）
以調用方角度來說，若是
須要等待結果返回，才能繼續運行就是同步
不須要等待結果返回，就能繼續運行就是異步

有時效的join
等夠時間

輸出

3.9 interrupt方法詳解

打斷sleep，wait，join的線程
打斷sleep的線程，會清空打斷狀態，以sleep爲例

輸出

打斷正常運行的線程
打斷正常運行的線程，不會清空打斷狀態

輸出
測試

兩階段終止模式

Two Phase Termination
在一個線程T1中如何「優雅」終止線程T2？這裏的【優雅】指的是給T2一個料理後事的機會。
一、錯誤思路操作系統

使用線程對象的stop（）中止線程
（1）stop方法會真正殺死線程，若是這時線程鎖住了共享資源，那麼當它被殺死後就再也沒有機會釋放鎖，其它線程將永遠沒法獲取鎖。
使用System.exit(int)方法中止線程
（1）目的僅是中止一個線程，但這種作法會讓整個程序都中止

package com.example.demo;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
public class TwoPhaseTermination {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Test test = new Test();
        test.start();

        Thread.sleep(3500);
        test.stop();
    }
}

@Slf4j
class Test{
    private Thread monitor;

    /**
     * 啓動監控線程
     */
    public void start() {
        monitor = new Thread(() -> {
            while (true) {
                Thread currentThread = Thread.currentThread();
                if (currentThread.isInterrupted()) {
                    log.info("料理後事");
                    break;
                }
                try {
                    // 狀況1
                    Thread.sleep(1000);
                    log.info("執行監控記錄");
                } catch (Exception e) {
                	// 由於sleep出現異常後，會消除打斷標記
                    // 須要重置打斷標記
                    e.printStackTrace();
                    currentThread.interrupt();
                }
            }
        });
        monitor.start();
    }

    /**
     * 中止監控線程
     */
    public void stop() {
        monitor.interrupt();
    }

}

打斷park線程
打斷park線程，不會清空打斷狀態

輸出

若是打斷標記已是true，則park會失效，能夠以下操做：
.net