开发知识整理----多线程（2011-05）

一.多线程


1.进程与线程的相同点与区别？

相同点：
（a）二者都具有ID，一组寄存器，状态，优先级以及所要遵循的调度策略。
（b） 每个进程都有一个进程控制块，线程也拥有一个线程控制块。
（c） 线程和子进程共享父进程中的资源；线程和子进程独立于它们的父进程，竞争使用处理器资源；线程和子进程的创建者可以在线程和子进程上实行某些控制，比如，创建者可以取消、挂起、继续和修改线程和子进程的优先级；线程和子进程可以改变其属性并创建新的资源。
不同点：
（a） 线程是进程的一部分, 一个没有线程的进程是可以被看作单线程的，如果一个进程内拥有多个进程，进程的执行过程不是一条线（线程）的，而是多条线（线程）共同完成的。
（b） 启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间，而且，线程间彼此切换所需的时间也远远小于进程间切换所需要的时间。
（c）系统在运行的时候会为每个进程分配不同的内存区域，但是不会为线程分配内存（线程所使用的资源是它所属的进程的资源），线程组只能共享资源。对不同进程来说，它们具有独立的数据空间，要进行数据的传递只能通过通信的方式进行，这种方式不仅费时，而且很不方便。而一个线程的数据可以直接为其他线程所用，这不仅快捷，而且方便。
（d） 与进程的控制表PCB相似，线程也有自己的控制表TCB，但是TCB中所保存的线程状态比PCB表中少多了。
（e） 进程是系统所有资源分配时候的一个基本单位，拥有一个完整的虚拟空间地址，并不依赖线程而独立存在。

主要区别：每个进程都需要操作系统为其分配独立的内存地址空间，而同一进程中的所有线程在同一块地址空间中工作，共享同一块内存和系统资源，比如共享一个对象或者共享已经打开的一个文件。

2.创建线程的两种方式？

（a）扩展java.lang.Thread类：class ThreadA extends Thread

（b）实现java.lang.Runnable接口：class ThreadB implements Runnable

说明： Java不允许一个类继承多个类，因此一个类继承了Thread类后就不能再继承其它类了，所以Java提供了Runnable这一接口来解决这一问题，只要实现Runnable的run方法;Thread类也实现了Runnable接口。

3.线程的状态转换




4.线程调度

两种CPU使用权调度模型：
（a）分时调度模型（所有线程轮流获取cpu时间片）
（b）抢占式调度模型（按优先级高低）
注意：线程调度不是跨平台的，不仅取决于JVM，还依赖于操作系统。

程序明确让一个线程给另一个线程运行机会的做法：

（a）调整各个线程的优先级（setPriority()）
（b）让处于运行状态的线程调用Thread.sleep()方法（出让cpu使用权，但是不会出让已占对象锁）。
（c）让处于运行状态的线程调用Thread.yield()方法。
（d）让处于运行状态的线程调用另一个线程的join()方法。

5.调整各个线程的优先级


（a）虽然Java提供10个优先级，但是它不能多数操作系统进行很好的映射。所以如果希望程序能移植至各个操作系统中，应该确保在设置线程的优先级时，使用Thread类三个静态变量来标识线程优先级：MAX_PRIORITY=10,MIN_PRIORITY=1,NORM_PRIORITY=5。这样才能保证在不同的操作系统中，对同样的优先级线程采用同样的调度方式。
（b）主线程默认优先级为Thread.NORM_PRIORITY。
（c）线程A创建线程B，那么线程B和A具有相同优先级。
（d）可以通过setPriority()方法设置线程优先级。

6.sleep()与yield()方法的异同？

相同：都是Thread类的静态方法，都会使当前处于运行状态的线程放弃CPU，把运行机会让给别的线程。
区别：
（a）sleep()方法会给其它线程运行机会，而不考虑其它线程的优先级，因此会给较低优先级线程一个运行的机会；yield()方法只会个相同优先级或更高优先级线程一个运行机会。
（b）当线程执行了sleep(long millis)方法后，将转到阻塞状态，当线程执行yield()后，将转到就绪状态。
（c）sleep()方法声明抛出InterruptedException异常，而yield()方法没有声明任何异常。
（d）sleep()方法具有更好的可移植性。不能依靠yield()方法来提高程序的并发性能。yield()一般只是用在调试程序时，实际应用中不推荐使用yield()。

7.线程同步


原子操作（atomic operation）：
不会被线程调度机制打断的操作；这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不会有任何context switch（切换到另一个线程）

线程同步特征：

所谓线程之间的保持同步，是指不同线程在执行同一个对象的同步代码块时，因为要获得这个对象的锁而相互牵制。
（a）如果一个同步代码块和非同步代码块同时操作共享资源，仍然会造成对共享资源的竞争。（因为当一个线程执行一个对象的同步代码块时，其它线程仍然可以执行对象的非同步代码块）
（b）每个对象都有唯一的一个同步锁。
（c）静态方法也可使用synchronized修饰符。
（d）当一个线程开始执行同步代码块时，并不意味必须以不中断方式运行。同步代码块中也可以执行sleep、yield方法，此时它们并没有释放锁，只是放弃CPU使用权。
（e）synchronized声明不会被继承。子类相应方法还想同步必须重新加上synchronized修饰。

8.同步与并发

    同步是解决共享资源竞争的有效手段，但是，多线程的同步与并发是一对此消彼长的矛盾。为了提高并发的性能，应该使同步代码块中包含尽可能少的操作，使得一个线程尽快的释放锁，减少其它线程等待锁的时间。或者同一个可变类中提供两种实现:单线程环境中使用异步实现，多线程环境中使用同步实现。

9.释放对象锁


以下情况持有锁的线程会释放锁：
（a）执行完同步代码块或同步方法；
（b）执行同步代码块或同步方法过程中遇到异常导致线程终止；
（c）执行同步代码块或同步方法过程中执行了锁所属对象的wait()方法，该线程释放锁，进入对象的等待池中。（执行Thread.sleep() 、Thread.yield()只会放弃CPU，不会释放锁）

10.死锁

导致死锁的主要原因：
（a）系统资源不足
（b）进程运行推进顺序不合适
（c）资源分配不当

死锁四个必要条件：
（a）互斥：一个资源只能同时被一个线程使用；
（b）请求与保持：一个进程请求资源而阻塞时，对已获资源不释放；
（c）不剥夺：进程已获资源，未使用完之前，不能强行进行剥夺；
（d）循环等待:若干进程之间形成一种首尾相接的循环等待资源关系；

11.线程通信

java.lang.Object类中提供两个用于线程通信的方法:
（a）wait()：执行该方法的线程释放对象锁，JVM把该线程放到该对象的等待池中，等待其它线程将其再次唤醒；
（b）notify()：执行该方法的线程唤醒在对象的等待池中等待的一个线程。JVM从对象的等待池中随机选择一个线程，把它转到对象的锁池中。
注意：对一个对象的wait()和notify()的调用，必须放在同步代码块中，并且同步代码块采用这个对象的锁。否则，虽然编译可以通过，但是运行时会抛出：IllegalMonitorStateExcpetion异常。

12.线程控制

Thread类中提供了一些线程控制方法：
（a）start():启动线程；
（b）stop():终止线程；
（c）suspend():暂停线程；
（d）resume():是暂停线程恢复运行；

其中stop()、suspend()、resume()由于可能导致以下危险而在JDK1.2中被废弃：
（a）容易导致死锁；
（b）一个线程强制中断或终止另一个线程，可能导致共享数据停留在不稳定的中间状态；

所有一般实际编程中，是在受控制的线程中定义一个标志变量，其它线程通过改变标志变量的值，达到控制线程暂停、恢复、自然终止的效果。

13ThreadLocal类

（a）ThreadLocal并不是一个Thread，而是Thread的局部变量，也许把它命名为ThreadLocalVariable更容易让人理解一些。
（b）当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。
（c）ThreadLocal实现的思路很简单：在ThreadLocal类中有一个Map，用于存储每一个线程的变量副本，Map中元素的键为线程对象，而值对应线程的变量副本。
（d）ThreadLocal是解决线程安全问题一个很好的思路，它通过为每个线程提供一个独立的变量副本解决了变量并发访问的冲突问题。在很多情况下，ThreadLocal比直接使用synchronized同步机制解决线程安全问题更简单，更方便，且结果程序拥有更高的并发性。
（e）概括起来说，对于多线程资源共享的问题，同步机制采用了“以时间换空间”的方式，而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式。前者仅提供一份变量，让不同的线程排队访问，而后者为每一个线程都提供了一份变量，因此可以同时访问而互不影响。