多线程

程序员校花
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概念

  • 程序(program)：是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码。
  • 进程(process)：是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程，具有生命周期。
  • 线程(thread)，进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。
  • 并行：多个CPU同时执行多个任务。
  • 并发：一个CPU (采用时间片) “同时” 执行多个任务。

多线程是并发还是并行？

在CPU资源比较充足的时候，一个进程内的多线程，可以被分配到不同的CPU资源，这是并行；

在CPU比较繁忙，资源不足的时候，操作系统只为一个含有多线程的进程分配一个CPU资源，这是并发。

所以并行和并发都有可能，取决于操作系统分配的CPU。

线程的调度

同优先级线程使用时间片策略（简单来说就是执行a一会会，再执行b一会会）。

对高优先级，使用优先调度的抢占式策略：

线程创建时继承父线程的优先级。低优先级只是获得调度的概率低，并非一定是在高优先级线程之后才被调用。

  • getPriority() ：返回线程优先值
  • setPriority(int newPriority) ：改变线程的优先级

线程的创建

方式一：继承Thread类

  1. 定义子类继承Thread类。
  2. 子类中重写Thread类中的run()方法。
  3. 创建子类对象，即创建了线程对象。
  4. 调用线程对象start()方法。

方式二：实现Runnable接口

  1. 定义子类，实现Runnable接口。
  2. 子类中重写Runnable接口中的run()方法。
  3. 把子类对象作为参数传入给Thread类的构造器中。
  4. 调用Thread类的start()方法。

相对于方式一的好处：

  • 避免了单继承的局限性。
  • 多个线程可以共享同一个接口实现类的对象，适合多个程序处理同一份数据。

方式三：实现Callable接口

  1. 定义子类实现Callable接口。

  2. 子类中重写call()方法，可以有返回值。

  3. 把子类对象作为参数传给FutureTask的构造器中。

  4. 将FutureTask对象作为参数传入给Thread类的构造器中。

    • FutrueTask是Futrue接口的唯一的实现类。
    • FutureTask同时实现了Runnable, Future接口。它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值。

  5. 调用Thread类的start()方法。

  6. 通过FutureTask对象的get()方法获取call()的返回值

相对于方式二的好处：

  • call()可以有返回值，可以通过FutureTask类获取返回结果，支持泛型。
  • call()可以抛出异常。

方式四：线程池

提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。

JDK 5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService 和 Executors。

  • ExecutorService：线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor。

    • void execute(Runnable command) ：执行任务/命令，没有返回值，用来执行Runnable。
    • <T> Future<T> submit(Callable<T> task)：执行任务，有返回值，用来执行Callable。

  • Executors：工具类，线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池。

    • Executors.newCachedThreadPool()：创建一个可根据需要创建新线程的线程池。
    • Executors.newFixedThreadPool(n)：创建一个可重用固定线程数的线程池。
    • Executors.newSingleThreadExecutor() ：创建一个只有一个线程的线程池。

常用方法

  • static Thread currentThread()：返回当前线程
  • void start()： 启动线程，并执行对象的run()方法
  • String getName()：返回线程的名称
  • void setName(String name)：设置该线程名称
  • static void yield()：暂停当前正在执行的线程，把执行机会让给优先级相同或更高的线程
  • join() ：当前线程调用其他线程的join()方法，当前线程将被阻塞，直到其他线程执行完为止
  • static void sleep(long millis)：睡眠millis毫秒数，睡眠时间内线程是阻塞状态

线程的生命周期

image.png

线程同步

  • 同步代码块

    • 自己指定锁（同步监视器）

  • 同步方法

    • 非静态方法的同步监视器是this
    • 静态方法的同步监视器是当前类本身，.class

  • Lock锁

    • 从JDK 5.0开始，可以通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当。
    • ReentrantLock 类实现了Lock，可以调用lock()和unlock() 进行加锁和释放锁

Lock和同步（synchronized）的对比：

Lock是手动开启和关闭锁；synchronized自动释放锁。

同步释放锁的情况：

  • 同步方法、同步代码块执行结束。
  • 同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行。
  • 同步代码块、同步方法中出现了异常。
  • 同步代码块、同步方法中执行了当前线程对象的wait()方法，当前线程暂停，并释放锁。

同步监视器（锁）

  • 任意对象都可以作为同步锁。
  • 确保使用共享数据的多个线程共用一把锁。

死锁问题

不同的线程分别拿着对方的锁，都在等待对方释放自己需要的锁。

解决：尽量避免嵌套同步。

线程通信

  • wait()：使当前线程进入阻塞状态，并释放锁。
  • notify()：唤醒被wait()的一个线程，如果有多个线程，则唤醒优先级高的。
  • notifyAll()：唤醒被wait()的所有线程。

以上3个方法定义在Object类中，必须在同步代码块或同步方法中。必须是锁调用，否则报IllegalMonitorStateException异常。

sleep() 和 wait()的异同：

相同点：都可以使当前线程进入阻塞状态。

不同点：

  • Thread类中声明sleep()，Object类中声明wait()。
  • wait()必须在同步代码块或同步方法中调用。
  • wait()会释放同步监视器。

ThreadLocal

ThreadLocal是线程的局部变量，也就是说一个ThreadLocal对象只有自身线程可以访问。

  • Object get()：获取该线程局部变量的值

  • void set(Object value)：给该线程局部变量赋值。

  • public void remove()：将当前线程局部变量的值删除。

  • protected Object initialValue()：返回该线程局部变量的初始值。

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