学习笔记-Java线程 基础复习

哦哦哦哦哦
168 阅读10分钟

Java有两种启动新线程的方式： Thread 类 和 Runnable 接口。
注： Callable 开启线程需要借助 FutureTask, FutureTask 实现了RunnableFuture 接口, RunnableFuture 继承自 Runnable, 所以 Callable 本质上还是 Runnable 方式.
多线程的执行顺序 可以用join方法实现。 线程的状态&生命周期
Java线程状态有6中：

  1. 初始(NEW)：新创建了一个线程对象，但还没有调用start()方法
  2. 运行(RUNNABLE)：Java线程中将就绪（ready）和运行中（running）两种状态笼统的称为"运行" 线程对象被创建后，其他线程调用了该对象的 start() 方法, 该状态的线程位于可运行线程池中,等待被线程调度选中, 获取CPU使用权,此时为就绪状态(ready), 就绪线程获得CPU的时间片后变为运行中状态(running).
  3. 阻塞(BLOCKED) : 表示线程被锁阻塞
  4. 等待(WATING) : 进入该状态的线程需要等待其他线程通知或者中断或者完成
  5. 等待超时(TIMED_WATING) : 该状态的线程可以在指定时间后自行返回
  6. 终止(TERMINATED) : 线程已经执行完毕

死锁

是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁。

定义
死锁发生的四个必要条件:

  1. 资源互斥条件：指进程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源，则请求者只能等待，直至占有资源的进程用毕释放。
  2. 请求和保持条件：指进程已经保持至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其它进程占有，此时请求进程阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。
  3. 不剥夺条件：指进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。
  4. 环路等待条件：指在发生死锁时，必然存在一个进程——资源的环形链，即进程集合{P0，P1，P2，···，Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源；P1正在等待P2占用的资源，……，Pn正在等待已被P0占用的资源。

死锁发生的条件总结:

  1. 多个操作者( M > = 2 ) 争夺多个 资源 ( N < = 2 ), 并且资源数小于等于操作者数量 (N < = M).
  2. 争夺资源的顺序不同
  3. 争夺者拿到资源不释放

避免死锁的方式
只要打破四个必要条件之一就能有效预防死锁的发生。

  1. 打破互斥条件：改造独占性资源为虚拟资源。
  2. 打破不可抢占条件：当一进程占有一独占性资源后又申请一独占性资源而无法满足，则退出原占有的资源。
  3. 打破占有且申请条件：采用资源预先分配策略，即进程运行前申请全部资源，满足则运行，不然就等待，这样就不会占有且申请.
  4. 打破循环等待条件：实现资源有序分配策略，对所有设备实现分类编号，所有进程只能采用按序号递增的形式申请资源。

避免死锁常见的算法有有序资源分配法、银行家算法 常用解决方法

  1. 内部通过顺序比较，确定拿锁的顺序
  2. 采用尝试拿锁的机制

活锁

两个线程在尝试拿锁的机制中，发生多个线程之间互相谦让，不断发生同一个线程总是拿到同一把锁，在尝试拿另一把锁时因为拿不到，而将本来已经持有的锁释放的过程 解决办法：线程随机休眠，错开拿锁时间

线程饥饿 低优先级的线程，总是拿不到执行时间 解决方法：

  1. 保证资源充足
  2. 公平分配资源
  3. 避免持有锁的线程长时间执行

ThreadLocal

threadlocal而是一个线程内部的存储类，可以在指定线程内存储数据，数据存储以后，只有指定线程可以得到存储数据. 和 synchonized 一样 threadlocal 也是用来解决多线程并发访问问题的，不同的是， synchonized 是利用锁的机制, 使变量或者代码块在同一时间仅能被一个线程访问. 而 ThreadLocal 为每个线程都提供了变量的副本,每个线程在同一时刻访问到的其实不是同一变量, 这样就隔离了多个线程对数据的数据共享.

ThreadLocal的使用 ThreadLocal 有四个方法,

  1. void set(T value)
    设置当前线程的线程局部变量的值
  2. public T get()
    返回当前线程所对应的线程局部变量
  3. public void remove()
    删除当前线程局部变量的值, 目的是为了减少内存的占用. 当线程结束后，对应线程的局部变量将自动被垃圾回收, 所以调用该方法清除局部变量不是必须的操作, 但它可以加快内存回收的速度.
  4. protected T initialValue()
    返回该线程局部变量的初始值，该方法是一个protected的方法，显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法，在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，并且仅执行1次。ThreadLocal中的为空实现, 直接返回的 null

在 get() 方法里, 会先获取前线程，然后调用getMap方法获取对应的ThreadLocalMap，ThreadLocalMap是ThreadLocal的静态内部类,ThreadLocalMap 内部是由一个 Entry[] 数组来保存数据, Entry 为 ThreadLocalMap 的静态内部类,


类似于 key - value 结构, ThreadLocal 为 key, value 为要保存的变量.

getEntry 为获取 threadlocal 对应的变量, set 为更新对应 threadlocal 的值. ThreadLocal.get() 方法里就是获取到当前 线程的 ThreadLocalMap, 然后通过 threadLocal 获取到对应的 entry的值返回.

原子操作

原子操作是指不会被线程调度机制打断, 也不能被分割的操作, 这种操作一旦开始，就一直运行到结束. Java使用锁和自旋CAS实现原子操作.

CAS( Compare and Swap )

CAS操作过程都包含三个运算符：一个内存地址V，一个期望的值A和一个新值B，操作的时候如果这个地址上存放的值等于这个期望的值A，则将地址上的值赋为新值B，否则不做任何操作。
CAS的基本思路就是，如果这个地址上的值和期望的值相等，则给其赋予新值，否则不做任何事，但是要返回原值是多少。循环CAS就是在一个循环里不断的做cas操作，直到成功为止

CAS实现原子操作的三大问题

  1. ABA 问题 CAS需要在操作值的时候，检查值有没有发生变化，如果没有发生变化则更新，但是如果一个值原来是A，变成了B，又变成了A，那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化，但是实际上却变化了。
    解决思路:
    ABA问题 的解决思路就是使用版本号. 在变量前面追加上版本号，每次变量更新的时候把版本号加1，那么A→B→A就会变成1A→2B→3A.
  2. 循环时间长开销大
    自旋CAS如果长时间不成功，会给CPU带来非常大的执行开销
  3. 只能保证一个共享变量的原子操作
    当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环CAS的方式来保证原子操作，但是对多个共享变量操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性，这个时候就可以用锁.
    取巧的办法，就是把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。比如，有两个共享变量i＝2 ,j = a,合并一下 ij = 2a, 然后用CAS来操作ij。JDK提供了 AtomicReference 类来保证引用对象之间的原子性，就可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作

Java JDK 原子操作类使用

  • 更新基本类型类：AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong
  • 更新数组类：AtomicIntegerArray，AtomicLongArray，AtomicReferenceArray
  • 更新引用类型：AtomicReference，AtomicMarkableReference，AtomicStampedReference

AtomicInteger

  • int addAndGet(int delta) ：原子方式将输入的数值与实例中的值（AtomicInteger里的value）相加，并返回结果
  • boolean compareAndSet(int expect,int update) : 如果输入的数值等于预期值，则以原子方式将该值设置为输入的值。
  • int getAndIncrement() ：以原子方式将当前值加1，这里返回的是自增前的值
  • int getAndSet(int newValue) : 以原子方式设置为newValue的值，并返回旧值。

AtomicIntegerArray

  • int addAndGet(int i,int delta) : 以原子方式将输入值与数组中索引i的元素相加. 并返回结果
  • boolean compareAndSet(int i,int expect,int update)：如果当前值等于预期值，则以原子方式将数组位置i的元素设置成update值
    需要注意的是，数组value通过构造方法传递进去，然后AtomicIntegerArray会将当前数组复制一份，所以当AtomicIntegerArray对内部的数组元素进行修改时，不会影响传入的数组.

更新引用类型
原子更新基本类型的AtomicInteger,只能更新一个变量,如果要原子更新多个变量,就需要使用这个原子更新引用类型提供的类.Atomic包提供了以下3个类.

  • AtomicReference 原子更新引用类型
  • AtomicStampedReference 原子更新带有版本戳的引用类型, 记录了每次更新的版本戳，解决了 ABA 问题
  • AtomicMarkableReference 原子更新带有标记位的引用类型 可以原子更新一个布尔类型的标记位和引用类型。构造方法是AtomicMarkableReference(V initialRef，boolean initialMark).

区别 AtomicStampedReference 关心的是改动了几次, AtomicMarkableReference 关心的是是否有改动过.

相关方法

sleep、wait、yield的区别：

yield()方法：使当前线程让出CPU占有权，但让出的时间是不可设定的。也不会释放锁资源。所有执行yield()的线程有可能在进入到就绪状态后，被 OS(操作系统) 再次选中马上又被执行。

yield() 、sleep()被调用后，都不会释放当前线程所持有的锁。

调用wait()方法后，会释放当前线程持有的锁，而且当前被唤醒后，会重新去竞争锁，锁竞争到后才会执行 wait方法后面的代码。

wait通常被用于线程间交互，sleep通常被用于暂停执行，yield()方法使当前线程让出CPU占有权。

wait 的线程可以使用notify/notifyAll()进行唤醒。

守护线程

Daemon（守护）线程是一种支持型线程，因为它主要被用作程序中后台调度以及支持性工作。这意味着，当一个Java虚拟机中不存在非Daemon线程的时候，Java虚拟机将会退出。可以通过调用Thread.setDaemon(true)将线程设置为Daemon线程。我们一般用不上，比如垃圾回收线程就是Daemon线程。

退出线程

run() 方法执行完毕或者 抛出未处理的异常导致线程提前结束。
暂停、恢复和停止操作对应在线程 Thread 的 API 就是 suspend()、resume() 和stop()。但是这些API是过期的，也就是不建议使用的。因为会导致程序可能工作在不确定状态下。
安全的中止则是其他线程通过调用某个线程A的 interrupt() 方法对其进行中断操作，被中断的线程则是通过线程通过方法 isInterrupted()来进行判断是否被中断，也可以调用静态方法Thread.interrupted()来进行判断当前线程是否被中断，不过Thread.interrupted()会同时将中断标识位改写为false。

avatar
文章
阅读
粉丝